掺杂受体的锆酸钡是一种很有前景的质子导电氧化物，例如，在电解器、燃料电池或甲烷转换电池等领域。尽管有很多实验和理论研究，然而，对于如何将复杂的微观质子运动与宏观质子电导率在整个受体水平上联系起来，从稀释的受体到浓缩的固溶体，人们的认识还很有限。在这里，此文证明了密度泛函理论计算和动力学蒙特卡罗模拟相结合，使这种联系成为可能。在低浓度时，受体捕获质子，导致平均质子迁移率下降。然而，随着浓度的增加，受体会形成具有低质子迁移能的纳米级渗透途径，这将导致了质子迁移率和电导率的强烈增加。将模拟的质子电导率与掺镱锆酸钡的实验值进行比较，得到了很好的一致性。然后此文预测有序的掺杂结构不仅会大大提高质子的导电性，而且将使一或二维锆酸钡的质子传导成为可能。最后，此文还展示了其他掺杂物的性质如何影响质子电导率。
Draber, F.M., Ader, C., Arnold, J.P. et al. Nanoscale percolation in doped BaZrO3 for high proton mobility. Nat. Mater. (2019)
DOI: 10.1038/s41563-019-0561-7
