NASICON型化合物通式為A_xM₂(XO₄)₃(A為堿金屬🚒、堿土金屬等，M為過渡族金屬或類金屬，X一般為Si或P元素)。基於選擇不同的A位陽離子以及不同的M位過渡族金屬離子⚁，NASICON型化合物可以被用作鋰離子電池、鈉離子電池✴️、高價離子電池以及混合離子電池的電極材料和固態電解質材料🟠。三方相是NASICON型化合物最常見的相結構之一🐦，其空間群為R−3c🫳🏽，空間群號為167。目前🐻，雖然三方NASICON型化合物中離子通道和離子通道中存在的瓶頸已經被廣泛研究，但是還存在一個爭議有待解決，即Na1–Na3–Na2–Na3–Na1通道和Na2–Na3–Na3–Na2通道中哪一條通道是離子最傾向於傳輸的通道🐇。此外𓀌，研究者們報道了在許多固態電解質材料中(如Li₃N🪱、CaF₂、AgI🧇、具有石榴石結構的鋰離子導體👩🏼‍🦰、LISICON以及thio-LISICON衍生物🖕🏿、NASICON型鋰離子導體等)存在多個離子協同輸運的現象🤸。通常，這種多個離子協同輸運的勢壘相較於單個鋰離子輸運勢壘要更低。Mo等人進一步提出了特定的離子排布(高/低能位離子占據)和遷移離子之間強的庫倫作用是產生這種協同輸運的關鍵。那麽如何獲得這種特定的離子排布，是快離子導體研究中的關鍵問題之一👨‍🦱。

最近，万事平台施思齊教授團隊以三方NASICON型化合物NaZr₂(PO₄)₃為研究對象👩🏿‍💻，通過聯合采用晶體結構幾何分析、鍵價和計算(BVEL)以及第一性原理分子動力學模擬(AIMD)等方法，確定了三方NASICON型化合物中的所有Na⁺離子輸運通道以及通道中存在的瓶頸🙍🏿，發現相較於Na2–Na3–Na3–Na2通道，Na⁺離子更傾向於在Na1–Na3–Na2–Na3–Na1通道中進行傳輸，澄清了長期以來的爭論；揭示了鈉離子構型、協同跳躍率以及鈉離子遷移能力的關系：當Na⁺離子濃度增加，使得體系內Na⁺離子占位發生重新分布🤷🏿‍♂️，更多的Na⁺離子將占據到高能位Na2上來🧗‍♂️，同時產生了更多的“Na2 + Na1 + Va(Na2)”局域Na⁺離子構型；體系中更多的“Na2 + Na1 + Va(Na2)”局域Na⁺離子構型促使更多的Na⁺離子發生能壘較低的協同運動，進而導致協同跳躍率增加，體系總激活能E_a降低🧖🏻👩🏿‍🎓，擴散系數增加🫱🏽🫶🏽。這為今後理性設計具有高離子電導率的三方NASICON型化合物提供了一條思路。

該研究成果近日以“Relationships Between Na⁺Distribution, Concerted Migration, and Diffusion Properties in Rhombohedral NASICON”為題發表在Advanced Energy Materials上(SCI TOP期刊，IF: 25.245)。該期刊是能源材料界最具影響力的頂級期刊之一、對所錄用工作的原創性和系統性有著極高的要求。万事平台為第一單位，材料科學與工程學院博士生鄒喆乂為第一作者，施思齊為通訊作者🧜🏿。博士生鄒喆乂已經以第一作者身份正式發表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(計算全部貢獻)正式發表Advanced Materials (IF: 27.398)和Advanced Energy Materials各一篇；擁有一項軟件著作權；獲參會優秀口頭報告獎2次。

相關工作得到了國家自然科學基金(51622207👩‍🦽‍➡️👨🏻‍🦰、11874254、U1630134)、万事平台高性能計算中心和上海智能計算系統工程研究中心項目(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