发现新型质子导体！可在中低温范围内表现出高传导率

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摘   要：研究小组发现了一种无需化学置换即可表现出高质子传导率的新型质子导体，有望应用于燃料电池和传感器等。

关键字：质子导体、高质子传导率、晶体结构、化学置换、燃料电池、电解质材料

发现新型质子导体！

可在中低温范围内表现出高传导率

2020年6月，由东京工业大学理学院化学系的村上康夫特任助教和八岛正知教授等人组成的研究小组发现了一种新型质子导体，该质子导体无需化学置换即可表现出高质子传导率。

此外，该研究小组还与澳大利亚原子能科学技术机构（ANSTO）的海斯特·詹姆斯（Hester James）博士合作进行中子衍射测量和晶体结构分析，阐明了高质子传导率的机制。

质子导体是指在施加外部电场时传导质子（H⁺：氢离子）的物质。特别是当质子导体被用作燃料电池的电解质材料时，与使用传统氧化物离子导体的燃料电池相比，电池装置可以在低温下运行。然而，为了在中低温范围（300-600℃）实现高质子传导率，需要对传统材料进行化学置换和掺杂。

（图片来自雅虎）

该研究小组发现，六方钙钛矿相关氧化物之一的“Ba₅Er₂Al₂ZrO₁₃”在中低温下表现出高质子传导率。这种新材料本身在晶体的h'层中就具有氧空位，因此无需进行化学置换也能表现出高质子传导率。通过进行晶体结构分析和热重测量，证实了质子存在于h'层中并负责导电。

传统质子导体一般是将晶格中的阳离子的一部分用低价阳离子进行化学置换，从而引入氧空位。质子导体和水蒸气H₂O反应后O进入氧空位，质子被质子导体吸收从而表现出质子传导率。

此次发现的新型质子导体“Ba₅Er₂Al₂ZrO₁₃”在立方钙钛矿型氧化物以外的物质群中，在中低温区域的质子传导率的值最高。除“Ba₅Er₂Al₂ZrO₁₃”外，还有许多六方钙钛矿相关氧化物在其结构中也具有h'层，它们也可能具有高质子传导率。

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翻译：金滢洁

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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