研究人员使用共振X射线衍射和固态核磁共振等最新技术，发现了无序晶体Ba7Nb4MoO20中Mo和Nb原子的隐藏化学序，为材料科学和工程的显着进步提供了有价值的见解。
确定晶体固体的精确结构是一项具有挑战性的工作。材料的性质，如离子传导和化学稳定性，受化学（职业）顺序和失序的影响。然而，科学家通常用于阐明未知晶体结构的技术存在严重的限制。
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例如，X射线和中子衍射方法是揭示晶体晶格中原子位置和排列的强大技术。然而，它们可能不足以区分具有类似X射线散射因子和类似中子散射长度的不同原子物种。
为解决这个问题，日本东京工业大学（Tokyo Tech）的Masatomo Yashima教授领导的研究团队试图开发一种新颖而更强大的方法来分析晶体中的秩序和失序。它们结合了四种不同的方法来分析重要的离子传导体Ba7Nb4MoO20的晶体结构。
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“我们选择Ba7Nb4MoO20，因为基于Ba7Nb4MoO20的氧化物和相关化合物是一类具有有趣性质（如高离子传导和高化学稳定性）的新兴材料，”Yashima教授解释道。 “然而，由于Mo6和Nb5阳离子具有类似的散射能力，到目前为止，所有Ba7Nb4MoO20的结构分析都是在假设完全的Mo/Nb失调的情况下进行的。”
正如他们最近在《自然通讯》上发表的文章中所描述的，研究人员使用的方法结合了两种实验技术，即共振X射线衍射（RXRD）和固态核磁共振（NMR），并辅以基于密度泛函理论（DFT）的计算。 NMR提供了Mo原子仅占据晶体学M2位点的直接实验证据，表明Mo原子的化学序。
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接下来，研究人员使用RXRD定量了Mo和Nb原子的占位因子。他们发现Mo原子在M2位点的占位因子为0.5，但在所有其他位点为零。有趣的是，M2位点靠近Ba7Nb4MoO20的氧离子传导、缺氧层。这表明M2位点的Mo原子在Ba7Nb4MoO20的高离子传导中具有关键作用。此外，DFT计算表明Mo排序稳定Mo过量组成，表现出高离子传导性。质子和氧离子的位置、占位和原子位移也被中子衍射测定。
“我们的结果表明Mo顺序影响Ba7Nb4MoO20的材料性能，”Yashima教授说。 “在这方面，我们的工作代表了对离子传导体的晶体结构和材料性质之间相关性理解的重大进展。”此外，与单晶X射线和中子衍射相比，该提议的方法甚至可以扩展到其他多晶和粉末样品。
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