多维拉曼光谱与同位素交换技术揭示镨镱共掺杂氧化铈的氧传输与缺陷化学

《Journal of Materials Chemistry A》：Unraveling Oxygen Transport and Defect Chemistry in Pr and Gd co-doped Ceria through Multidimensional and Isotope Exchange Raman SpectroscopyOpen Access

　　

拉曼光谱是一种非破坏性振动技术，能够提供独特的结构指纹，已在材料科学中广泛应用。在本工作中，我们以掺杂镱（Gd）的氧化铈模型体系（CGO10）为起点，进一步研究了镨（Pr）与Gd共掺杂的氧化铈（CPGO）及其复合材料。首先提出了一种多维分析方法，用于研究化学结构和氧缺陷化学。在微米尺度上，采用拉曼映射技术解析化学组分和氧缺陷的分布，其中Pr掺杂剂的分布轮廓与能量色散X射线（EDX）光谱表现出优异的关联性。此外，我们将此前仅限于薄膜研究的同位素交换拉曼光谱（IERS）方法扩展应用于体材料中的氧质量输运动力学研究。该方法能够测定单相氧化物和复杂复合材料中的氧示踪扩散系数和表面交换系数。我们的结果表明，与标准CGO10相比，CPGO展现出更优的氧扩散性和表面交换速率，这一发现已通过二次离子质谱（SIMS）技术得到验证。最后，将IERS方法应用于基于CPGO的复合电极，通过分析多种振动模式提取"有效"输运动力学参数。本研究为固态离子学中的定量、相特异性分析建立了一个稳健的框架，可为材料优化提供即时应用价值，并为未来研究中的高级数据整合奠定坚实基础。

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? 2026 作者。由英国皇家化学学会出版

2026

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