【摘要】 为了阐明具有正交钙钛矿结构的钽酸钠中的质子传导机制，采用第一性原理计算探索了晶体中的o-NaTaO3、质子位点和质子跃迁的基本过程。

为了阐明具有正交钙钛矿结构的钽酸钠中的质子传导机制，采用第一性原理计算探索了晶体中的o-NaTaO3、质子位点和质子跃迁的基本过程。在这种晶体中，八面体间跳跃在质子传导中起着关键作用，而立方钙钛矿的质子只能通过旋转和八面体内跳跃来长距离迁移。八面体间跳跃是由TaO6八面体单元的倾斜结构引起的，与沿b轴和c轴相比，它加速了质子沿b轴和c轴的相对较快的迁移。这表明晶体结构的低对称性在某些情况下可能有利于质子传导，尽管低对称性通常被认为使长程质子迁移的势垒更高。考虑到Ti掺杂剂的俘获效应随着移动质子浓度的变化，计算的质子电导率与实验结果非常吻合。

在这项研究中，从第一原理理论上研究了o-NaTaO3（空间群：Pbnm ）中的质子传导机制。通过结构优化，共发现了8个不同的质子位点，分别位于两种O离子周围。因此，这种晶体中的质子被认为是通过形成OH键来稳定的。由于静电排斥相互作用，OH键直接朝向间隙区域，以避免Na和Ta离子。特别是，质子位点能量与两个相邻Ta离子的距离有很强的相关性。

作为CI-NEB计算的结果，总共发现了8个旋转路径、6个八面体内跳跃路径和3个八面体间跳跃路径。在立方钙钛矿中尚未报道八面体间的跳跃路径，这是由TaO6八面体的倾斜引起的。沿八面体间跳跃路径的迁移距离小于1 Å，导致势垒相对较低（-0.25 eV）。八面体间跳跃路径的存在导致质子沿a-、b-和c-轴的远距离迁移路径之间存在差异。具有低势垒的八面体间跳跃路径加速了沿b轴和c轴的迁移。质子沿a、b和c轴传导的活化能分别为0.39、0.45和0.51 eV。虽然与c-BaZrO3相比扩散率较低，但TaO6的倾斜可能有利于质子迁移，可能形成一维快速迁移路径。

至于质子和Ti掺杂剂之间的相互作用，仅在1NN质子位点的质子被Ti掺杂剂强烈捕获。每个质子位点的结合能在0.2和0.3 eV的范围内。Ti掺杂的NaTaO3中的质子俘获效应通过两种校正来估计，我们发现通过估计移动质子比例的校正导致与实验值相当的合理电导率。