【引言】

固態(tài)氧化物燃料電池在高效能源存儲和電力供應(yīng)的前景廣闊。在眾多固態(tài)氧化物燃料電池體系中，Ni和釔穩(wěn)定氧化物（YSZ）之間的界面是關(guān)鍵部分，此處Ni作為陽極材料。因此，界面穩(wěn)定性至關(guān)重要。在電池工作期間，Ni-YSZ界面暴露在高溫下引起Ni顆粒的粗化，總的界面能減少，驅(qū)動界面總面積的減少，從而導(dǎo)致電池工作效率的劣化。提高電極中界面穩(wěn)定性和持久性是固態(tài)氧化物燃料電池領(lǐng)域的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

【成果簡介】

近日，以色列理工學(xué)院的Wayne D. Kaplan教授（通訊作者）在Acta Materialia上發(fā)表了題為“Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM:The Equilibrated Ni-YSZ Interface”的文章。Ni和釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）的平衡界面是1350℃，氧偏壓為10-20atm條件下，Ni薄膜在YSZ單晶的(111)表面通過固態(tài)潤濕形成的。平衡固-固界面的原子結(jié)構(gòu)借助單色消像差矯正的掃描透射電子顯微鏡（STEM）使用不同技術(shù)來確定。結(jié)果顯示由于Ni和YSZ重構(gòu)界面之間發(fā)生了大的晶格錯配，形成了一種包含高密度失配位錯的特殊結(jié)構(gòu)。然而，盡管有大的晶格錯配，界面也不是非共格的。界面由陽離子終止，這可能是由于低氧偏壓下達(dá)到平衡導(dǎo)致的。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：通過固態(tài)潤濕方法制備，平衡態(tài)Ni顆粒在YSZ基底上的二次電子HRSEM圖像。

顆粒的(111)面與YSZ基底表面的(111)面平行。點劃線矩形為FIB選擇的區(qū)域，用于TEM分析。

圖2：同時獲得的平衡態(tài)Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區(qū)域STEM圖像。

(a)高角度環(huán)形暗場STEM圖像；

(b)環(huán)形明場STEM圖像。

圖3：界面區(qū)域的iDPC-STEM表征。

(a)平衡態(tài)Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區(qū)域的iDPC-STEM圖像，界面處Ni原子和Zr原子之間的電荷轉(zhuǎn)移明顯可見;

(b)將(a)圖使用高通濾波器進(jìn)行過濾后的圖像，原子柱位置可在界面兩側(cè)都看到；

(c)白色方框劃定的沿界面交替排布的重復(fù)單元定義為A和B，一個剩余連續(xù)平面（B單元）在一列結(jié)構(gòu)單元之間分離。

圖4：界面區(qū)域的EDS分布圖。

(A)界面的環(huán)形暗場STEM圖像；

(B-F)同一區(qū)域的EDS能譜分布圖。

【小結(jié)】

本工作借助IDPC STEM和EDS能譜分布圖確定平衡Ni[-110]||YSZ[1-10](111)界面的局域原子結(jié)構(gòu)。實驗圖像顯示界面采用一種含有高密度失配位錯的特殊結(jié)構(gòu)，這是由于兩相具有特殊的取向關(guān)系，產(chǎn)生大的晶格失配導(dǎo)致的。然而，盡管具有較大的晶格失配，界面仍不是非共格的。觀察到的位錯序列定義了界面的重構(gòu)結(jié)構(gòu)，通過吸收錯配應(yīng)變能使得界面能最小化。

文獻(xiàn)鏈接：Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM: The Equilibrated Ni-YSZ Interface（Acta Mater.，2018，DOI：10.1016/j.actamat.2018.05.011）