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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)能夠反復(fù)吸收和釋放氧氣的新型晶體材料

2025年08月25日 14:01:33 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：5273

新材料不僅能在溫和的溫度環(huán)境下穩(wěn)定工作，還表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆性——每次“呼吸”循環(huán)后都能恢復(fù)初始狀態(tài)

　　據(jù)報(bào)道，近日，韓國釜山大學(xué)與日本北海道大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功研制出一種能夠反復(fù)吸收和釋放氧氣的新型晶體材料。這種材料以鍶、鐵和鈷為主要成分的特殊金屬氧化物(化學(xué)式為SrFe0.5Co0.5O2.5)，在約400攝氏度的相對低溫條件下，能夠像生物肺部一樣可逆地“呼吸”氧氣，而材料結(jié)構(gòu)保持完整。
 
　　與傳統(tǒng)材料相比，這種新型晶體展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢?，F(xiàn)有同類材料往往結(jié)構(gòu)脆弱，或需要極端條件才能運(yùn)作，而新材料不僅能在溫和的溫度環(huán)境下穩(wěn)定工作，還表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆性——每次“呼吸”循環(huán)后都能恢復(fù)初始狀態(tài)。
 
　　研究團(tuán)隊(duì)通過精密實(shí)驗(yàn)觀察到，在這種材料的氧“呼吸”過程中，只有鈷離子被還原，而鐵離子保持化學(xué)惰性，這個過程形成了全新而穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。軟X射線吸收譜(XAS)分析顯示，鈷的平均價態(tài)從Co2.9+降至Co2+，而鐵價態(tài)保持不變。這種“選擇性還原”機(jī)制通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算得到解釋：四面體位點(diǎn)氧空位形成焓比八面體位點(diǎn)低1.8 eV。當(dāng)氧氣重新引入時，材料能恢復(fù)原始形態(tài)，證明該過程完全可逆。
 
　　這種“呼吸”晶體的發(fā)現(xiàn)可能徹底改變多種清潔能源技術(shù)的開發(fā)方式。在固體氧化物燃料電池方面，這種材料可用于生產(chǎn)電力，氫氣發(fā)電過程中排放極低。如果能夠?qū)崿F(xiàn)在相對較低溫度下操作，這些燃料電池可能有助于延長電動汽車的續(xù)航里程。該材料也適用于熱晶體管——能夠像電開關(guān)一樣導(dǎo)熱的裝置，以及在智能窗戶中根據(jù)天氣調(diào)節(jié)熱流。
 
　　研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)測試了這種晶體在智能窗戶中的應(yīng)用。他們發(fā)現(xiàn)材料透明度基于其氧含量變化：氧含量高時透明度較低，氧含量低時透明度增加。這種智能自調(diào)節(jié)特性，使其在清潔能源開發(fā)、電子設(shè)備升級乃至綠色建材等眾多領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。研究人員展望，隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，我們可能會進(jìn)入一個由智能自調(diào)節(jié)材料主導(dǎo)的新時代，這些材料能夠感知環(huán)境變化并自主調(diào)整以適應(yīng)條件，從而為更可持續(xù)的未來鋪平道路。
 
　　相關(guān)研究成果Selective reduction in epitaxial SrFe0.5Co0.5O2.5 and its reversibility于近日發(fā)表在《自然—通訊》(nature communications)上。
 
　　參考來源：中國科學(xué)報(bào)
 
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