科学家使用改性三氢化镧观察到创纪录的高氢阴离子电导率

时间：2022-05-30 14:38:17来源：

煤炭、石油和天然气等化石燃料不可能永远持续下去。因此，逐渐减少我们对化石燃料的依赖似乎至关重要。虽然太阳能或潮汐能等替代能源可以在一定程度上填补这一空白，但它们具有一定的实际局限性。例如，利用太阳能需要使用具有大表面积的太阳能电池板，因此使其成为一种相对昂贵的能源替代品。

最近，科学家们探索了多种可能性，试图利用各种其他来源的能量。一个这样的例子包括使用基于氢的能源系统。在这方面，氢与金属元素镧的化合物氢化镧引起了相当多的关注。由于其独特的材料特性，氢化镧在特定条件下具有优异的氢阴离子 (H-) 传导性，这是化学反应器和储能系统高效运行的先决条件。然而，大多数H-导体在室温下表现出低H-电导率，这限制了它们的应用。

在一项新研究中，东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员现在提出了一项技术创新，可用于克服这一限制并设计下一代能源载体。该研究的资深作者、东京工业大学名誉教授 Hideo Hosono 教授领导的研究小组成功制备并表征了一种富氢的氢化镧，其化学式为“LaH3−2xOx”，与可用的最佳导体相比，H-电导率高出三个数量级。他们的诀窍是控制 LaH3−2xOx中的氧浓度。

研究人员使用两步法制备 LaH3−2xOx。使用第一高压合成步骤制备的高密度LaH3-2xOx颗粒具有大量的氢缺乏。接下来，研究人员将这些颗粒在高温(400°C)下长时间(10小时)暴露在氢气环境中，以填补氢气空位。它导致“LaH2.8O0.1”的形成，这是一种即使在室温下也显示出高离子电导率的新型材料。

Hosono 教授详细阐述了他们的研究背后的概念，这一切都将发表在美国化学学会杂志上，Hosono 教授说：“我们的研究是由最小化用于抑制电子理想情况下，LaH3−y中的传导应该使室温下LaH3−2xOx中的快速 H -传导成为可能。”

非常有趣的是，富含氢的 LaH3−2xOx还表现出低活化势垒——这是它必须克服的能量障碍才能成功地充当有效的离子导体。就实际测量而言，这个低激活势垒介于 0.3 和 0.4 eV 之间。此外，使用计算机模拟独立确认了低活化势垒。模拟还表明，远离 O2-离子的 H-离子具有高度移动性，其中一些通过相互撞击而长距离行进，这表明存在非常适合快速 H-传导的强排斥库仑相互作用。

细野教授似乎有充分的理由乐观地观察到，“富氢 LaH3−2xOx是下一代氢载体的有希望的候选者，可以促进化石燃料的替代!”

标签：高氢阴离子电导率/