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銣可能成為氧化離子導體的下一個(gè)關(guān)鍵角色。東京科學(xué)大學(xué)的研究團隊發(fā)現了一種新型含銣氧化物離子導體Rb₅BiMo₄O₁₆，其導電性能顯著(zhù)優(yōu)于現有材料。通過(guò)計算篩選和實(shí)驗確定，其優(yōu)越的性能源于活化能低、自由體積大、四面體運動(dòng)等結構特點(diǎn)。該材料在多種環(huán)境條件下的穩定性，為固體氧化物燃料電池（簡(jiǎn)稱(chēng)SOFC）和清潔能源技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向。 氧化物離子導體在SOFC中扮演著(zhù)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(lèi)作為燃料，這種靈活性使其在向氫經(jīng)濟過(guò)渡的過(guò)程中具有重要價(jià)值。然而，SOFC的廣泛應用仍受限于高成本、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體是解決這些挑戰的關(guān)鍵。 研究團隊通過(guò)系統篩選475種含銣氧化物，發(fā)現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構，表現出相對較低的氧化離子遷移能壘。結合鉍（Bi）和鉬（Mo）氧化物在高導電性方面的潛力，團隊最終選擇了Rb₅BiMo₄O₁₆作為研究對象。實(shí)驗表明，該材料在300°C時(shí)的氧化物離子導電性達到0.14 mS/cm，是釔穩定的氧化鋯（YSZ）的29倍，與具有類(lèi)似四面體部分的領(lǐng)先氧化離子導體相當。其高性能歸因于大銣原子降低的活化能、MoO₄四面體的旋轉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、濕空氣和含氫氮氣等多種條件下表現出優(yōu)異的穩定性，甚至在水中也能保持穩定。這一發(fā)現為開(kāi)發(fā)兼具高導電性和高穩定性的氧化物離子導體開(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備，為可持續發(fā)展提供更多可能性。 《每日科學(xué)》網(wǎng)站（www.sciencedaily.com） |
