摘要：2025年2月4日，北京大学孙俊良教授、博雅博士后蔡冠群（现四川大学副研究员）、暨南大学古宇讲师、桂林理工大学匡小军教授在Nature Communications期刊发表题为《Cooperative mechanisms of oxide ion condu

氧化物离子导电材料在从氧化燃料电池到氧气渗透膜的各种应用中得到了广泛关注，其中氧化物离子迁移机制是设计氧化物离子导电材料的基础。

2025年2月4日，北京大学孙俊良教授、博雅博士后蔡冠群（现四川大学副研究员）、暨南大学古宇讲师、桂林理工大学匡小军教授在Nature Communications期刊发表题为《Cooperative mechanisms of oxide ion conduction in tellurites with secondary bond interactions and Grotthuss-like processes》的研究论文，朱振宇、蔡冠群为论文共同第一作者，孙俊良教授、匡小军教授、蔡冠群博士、古宇讲师为论文共同通讯作者。

孙俊良，北京大学博雅长聘教授，博导，国家杰青。2001年、2006年于北京大学分别获学士学位、博士学位（导师：林建华教授）；2006年-2007年先后于美国康奈尔大学、瑞典斯德哥尔摩大学从事博士研究。2009年-2012年任瑞典斯德哥尔摩大学助理教授，2012年任北京大学研究员。

孙俊良主要从事结构确定方法的发展（包括单晶/粉末衍射和三维电子衍射技术）和无机固体材料的合成及其应用。

匡小军，桂林理工大学教授，国家优青（2016年）。1999年本科毕业于南昌大学，2004年于北京大学获博士学位，师从荆西平副教授和林建华教授。2004年-2010年，先后在英国Liverpool大学、英国Durham大学从事博士后研究。2010年任中山大学副教授，2013年至今任桂林理工大学研究员，博士生导师。

其研究方向为无机材料与固体化学，从事介质材料和固态离子导体等电子功能陶瓷材料的合成，性质、结构及构效关系等基础研究。

古宇，暨南大学讲师，本科、硕士、博士皆就读于东南大学物理系，2010年获博士学位，目前任职于暨南大学。其研究方向为石墨烯的自旋电子输运、纳米材料的能带计算。

蔡冠群，现四川大学副研究员。2015年本科毕业于北京化工大学，2016年硕士毕业于英国拉夫堡大学，2021年于英国伦敦玛丽皇后大学获博士学位。2021年-2023年，北京大学博雅博士后。

其研究反方向包括电子衍射技术在特殊样品中弥散散射/电子PDF的测量与数据分析；电池正极材料的离子混占与层状无序结构；多孔材料主客体相互作用；分子取向，多面体畸变等无序局域结构所引起的反常现象。

受氢键网络中质子扩散的启发，作者报道了与碲化物中氧化物离子迁移类似Grotthuss过程的配位多面体协同机制。由于Bi2Te2O7和Bi2Te4O11具有与氢键相似的次级键的丰富性，并作为电子和离子混合导体显示出高氧化物离子导电率，因此被选中。

中子全散射实验结合逆蒙特卡罗模拟表明，这两种碲酸盐中的氧化物离子迁移是Te-O多面体旋转辅助下Te-O次级键和共价键相互转变的协同效应。

对原子尺度上类似Grotthuss过程的协同机制的详细研究，为进一步优化和发展氧化物离子导电材料提供了方向。

图1：Bi2Te2O7和Bi2Te4O11的氧化物离子电导率

图2：精细结构模型和RMC结果

图3：Bi2Te4O11的共价和次级键转变机制

图4：离子迁移机理

本研究揭示了Bi2Te2O7和Bi2Te4O11中氧化物离子迁移的协同机制，发现其迁移依赖于Te-O次级键与共价键之间的转换及Te-O多面体的旋转，类似于Grotthuss质子传导机制。

这一发现为设计高性能氧化物离子传导材料提供了新思路，未来可进一步探索含次级键网络的其他氧化物材料。

Zhu, Z., Cai, G., Feng, Y. et al. Cooperative mechanisms of oxide ion conduction in tellurites with secondary bond interactions and Grotthuss-like processes. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56108-1.

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