NASICON型化合物通式为AxM2(XO4)3(A为碱金属、碱土金属等，M为过渡族金属或类金属，X一般为Si或P元素)。基于选择不同的A位阳离子以及不同的M位过渡族金属离子，NASICON型化合物可以被用作锂离子电池、钠离子电池、高价离子电池以及混合离子电池的电极材料和固态电解质材料。三方相是NASICON型化合物最常见的相结构之一，其空间群为R−3c，空间群号为167。目前，虽然三方NASICON型化合物中离子通道和离子通道中存在的瓶颈已经被广泛研究，但是还存在一个争议有待解决，即Na1–Na3–Na2–Na3–Na1通道和Na2–Na3–Na3–Na2通道中哪一条通道是离子最倾向于传输的通道。此外，研究者们报道了在许多固态电解质材料中(如Li3N、CaF2、AgI、具有石榴石结构的锂离子导体、LISICON以及thio-LISICON衍生物、NASICON型锂离子导体等)存在多个离子协同输运的现象。通常，这种多个离子协同输运的势垒相较于单个锂离子输运势垒要更低。Mo等人进一步提出了特定的离子排布(高/低能位离子占据)和迁移离子之间强的库伦作用是产生这种协同输运的关键。那么如何获得这种特定的离子排布，是快离子导体研究中的关键问题之一。
最近，白菜网所有网站大全施思齐教授团队以三方NASICON型化合物NaZr2(PO4)3为研究对象，通过联合采用晶体结构几何分析、键价和计算(BVEL)以及第一性原理分子动力学模拟(AIMD)等方法，确定了三方NASICON型化合物中的所有Na+离子输运通道以及通道中存在的瓶颈，发现相较于Na2–Na3–Na3–Na2通道，Na+离子更倾向于在Na1–Na3–Na2–Na3–Na1通道中进行传输，澄清了长期以来的争论；揭示了钠离子构型、协同跳跃率以及钠离子迁移能力的关系：当Na+离子浓度增加，使得体系内Na+离子占位发生重新分布，更多的Na+离子将占据到高能位Na2上来，同时产生了更多的“Na2 + Na1 + Va(Na2)”局域Na+离子构型；体系中更多的“Na2 + Na1 + Va(Na2)”局域Na+离子构型促使更多的Na+离子发生能垒较低的协同运动，进而导致协同跳跃率增加，体系总激活能Ea降低，扩散系数增加。这为今后理性设计具有高离子电导率的三方NASICON型化合物提供了一条思路。
该研究成果近日以“Relationships Between Na+Distribution, Concerted Migration, and Diffusion Properties in Rhombohedral NASICON”为题发表在Advanced Energy Materials上(SCI TOP期刊，IF: 25.245)。该期刊是能源材料界最具影响力的顶级期刊之一、对所录用工作的原创性和系统性有着极高的要求。白菜网所有网站大全为第一单位，7003全讯白菜网博士生邹喆乂为第一作者，施思齐为通讯作者。博士生邹喆乂已经以第一作者身份正式发表Chemical Reviews (IF: 52.758)和Advanced Energy Materials (IF: 25.245)各一篇、在投Chemistry of Materials (IF: 9.567)一篇；以共同一作身份(计算全部贡献)正式发表Advanced Materials (IF: 27.398)和Advanced Energy Materials各一篇；拥有一项软件著作权；获参会优秀口头报告奖2次。
相关工作得到了国家自然科学基金(51622207、11874254、U1630134)、白菜网所有网站大全高性能计算中心和上海智能计算系统工程研究中心项目(19DZ2252600)的支持。
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“Relationships Between Na+Distribution, Concerted Migration, and Diffusion Properties in Rhombohedral NASICON”
https://doi.org/10.1002/aenm.202001486
