我国科研人员开发首例温和条件下超快氢负离子导体

2023-04-06 13:47:31来源：新京报

【资料图】

新京报讯（记者张璐）近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）科研人员提出了一种全新材料设计研发策略，通过机械化学方法在稀土氢化物——氢化镧（LaHx）晶格中引入大量的缺陷和晶界，开发了首例温和条件下超快氢负离子导体。相关成果于4月5日发表在《自然》杂志上。

氢负离子（H－）具有强还原性及高氧化还原电势等特点，是一种颇具潜力的氢载体和能量载体。氢负离子导体是在一定条件下具有优异氢负离子传导能力的材料，其在氢负离子电池、燃料电池、电化学转化池、膜反应器、氢传感器等能源及电化学转化器件中具有广阔的应用前景，有望在未来实现一系列技术革新。目前仅有极少的国外团队专注此研究，该项研究面临着材料体系少、操作温度高、温和条件下离子电导率低等问题，是洁净能源领域的前沿课题。

早在上世纪的变色玻璃研究中，研究者就发现氢化镧具有快速的氢迁移能力，但其电子电导也很高。近几年，科研人员往氢化镧晶格中引入氧，使其形成氧氢化物以抑制其电子传导，但氧的引入显著阻碍了氢负离子的传导。

此次工作中，大连化物所陈萍研究员、曹湖军副研究员团队创新地采用机械球磨制备方法，通过撞击和剪切力，造成氢化镧晶格的畸变，破坏了晶格的周期性，形成了大量的纳米微晶和晶格缺陷。这些晶格缺陷可以显著抑制电子传导，其电子电导率相比结晶态的氢化镧下降5个数量级以上。尤为重要的是，材料结晶度的改变对氢负离子传导的干扰并不显著，仍旧“维持”氢负离子通过协同迁移机制快速传输，最终获得了优异的氢负离子传导特性。

此前报道的氢负离子导体只能在300℃左右实现超快传导，而此项工作实现了在温和条件下（-40℃至80℃温度范围内）的超快离子传导，在-40℃时，该氢负离子导体的电导率高达10-2 S/cm，活化能仅为0.12eV。此外，团队还首次实现了室温全固态氢负离子电池的放电，证实了这种全新的二次电池的可行性。

大连化物所研究员陈萍介绍，“许多已知的氢化物材料都是离子—电子混合导体，我们建立的这种材料结构调变的方法具有一定的普适性，有望为氢负离子导体的研发打开局面。”

陈萍团队聚焦金属氢化物的研究已超过20年，从最初的储氢材料研究到后来的化学固氮，再到如今的氢负离子导体，团队通过拓展完善金属氢化物的特性和功能范围，让这一独特材料在多个领域不断地展现出新的潜力。

氢负离子导体潜在的应用场景。图源：中国科学院大连化学物理研究所

编辑樊一婧

校对赵琳

（责任编辑：冀文超）

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