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銣可能成為氧化離子導(dǎo)體的下一個(gè)關(guān)鍵角色。東京科學(xué)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新型含銣氧化物離子導(dǎo)體Rb₅BiMo₄O₁₆，其導(dǎo)電性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有材料。通過(guò)計(jì)算篩選和實(shí)驗(yàn)確定，其優(yōu)越的性能源于活化能低、自由體積大、四面體運(yùn)動(dòng)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該材料在多種環(huán)境條件下的穩(wěn)定性，為固體氧化物燃料電池（簡(jiǎn)稱SOFC）和清潔能源技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向。 氧化物離子導(dǎo)體在SOFC中扮演著重要角色，使氧化物離子（O2⁻）能夠在固體中傳輸。SOFC不僅可以利用氫氣，還能利用天然氣、沼氣甚至液態(tài)烴類作為燃料，這種靈活性使其在向氫經(jīng)濟(jì)過(guò)渡的過(guò)程中具有重要價(jià)值。然而，SOFC的廣泛應(yīng)用仍受限于高成本、耐久性和工作溫度等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)更高效的氧化物離子導(dǎo)體是解決這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。 研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)篩選475種含銣氧化物，發(fā)現(xiàn)棕櫚輝石型的氧化物材料具有與天然礦物棕櫚輝石相似的晶體結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出相對(duì)較低的氧化離子遷移能壘。結(jié)合鉍（Bi）和鉬（Mo）氧化物在高導(dǎo)電性方面的潛力，團(tuán)隊(duì)最終選擇了Rb₅BiMo₄O₁₆作為研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)表明，該材料在300°C時(shí)的氧化物離子導(dǎo)電性達(dá)到0.14 mS/cm，是釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）的29倍，與具有類似四面體部分的領(lǐng)先氧化離子導(dǎo)體相當(dāng)。其高性能歸因于大銣原子降低的活化能、MoO₄四面體的旋轉(zhuǎn)排列以及氧原子的各向異性熱振動(dòng)。此外，鉍陽(yáng)離子的孤電子對(duì)也進(jìn)一步降低了離子遷移的活化能。 Rb₅BiMo₄O₁₆在高溫、CO₂、濕空氣和含氫氮?dú)獾榷喾N條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，甚至在水中也能保持穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)兼具高導(dǎo)電性和高穩(wěn)定性的氧化物離子導(dǎo)體開(kāi)辟了新途徑，有望降低SOFC的工作溫度和成本，推動(dòng)其在清潔能源領(lǐng)域的應(yīng)用。未來(lái)，該材料還可能用于氧膜、氣體傳感器和催化劑等設(shè)備，為可持續(xù)發(fā)展提供更多可能性。 《每日科學(xué)》網(wǎng)站（www.sciencedaily.com） |
