(相關資料圖)

新京報訊（記者張璐）近日，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）科研人員提出了一種全新材料設計研發策略，通過機械化學方法在稀土氫化物——氫化鑭（LaHx）晶格中引入大量的缺陷和晶界，開發了首例溫和條件下超快氫負離子導體。相關成果于4月5日發表在《自然》雜志上。

氫負離子（H－）具有強還原性及高氧化還原電勢等特點，是一種頗具潛力的氫載體和能量載體。氫負離子導體是在一定條件下具有優異氫負離子傳導能力的材料，其在氫負離子電池、燃料電池、電化學轉化池、膜反應器、氫傳感器等能源及電化學轉化器件中具有廣闊的應用前景，有望在未來實現一系列技術革新。目前僅有極少的國外團隊專注此研究，該項研究面臨著材料體系少、操作溫度高、溫和條件下離子電導率低等問題，是潔凈能源領域的前沿課題。

早在上世紀的變色玻璃研究中，研究者就發現氫化鑭具有快速的氫遷移能力，但其電子電導也很高。近幾年，科研人員往氫化鑭晶格中引入氧，使其形成氧氫化物以抑制其電子傳導，但氧的引入顯著阻礙了氫負離子的傳導。

此次工作中，大連化物所陳萍研究員、曹湖軍副研究員團隊創新地采用機械球磨制備方法，通過撞擊和剪切力，造成氫化鑭晶格的畸變，破壞了晶格的周期性，形成了大量的納米微晶和晶格缺陷。這些晶格缺陷可以顯著抑制電子傳導，其電子電導率相比結晶態的氫化鑭下降5個數量級以上。尤為重要的是，材料結晶度的改變對氫負離子傳導的干擾并不顯著，仍舊“維持”氫負離子通過協同遷移機制快速傳輸，最終獲得了優異的氫負離子傳導特性。

此前報道的氫負離子導體只能在300℃左右實現超快傳導，而此項工作實現了在溫和條件下（-40℃至80℃溫度范圍內）的超快離子傳導，在-40℃時，該氫負離子導體的電導率高達10-2 S/cm，活化能僅為0.12eV。此外，團隊還首次實現了室溫全固態氫負離子電池的放電，證實了這種全新的二次電池的可行性。

大連化物所研究員陳萍介紹，“許多已知的氫化物材料都是離子—電子混合導體，我們建立的這種材料結構調變的方法具有一定的普適性，有望為氫負離子導體的研發打開局面。”

陳萍團隊聚焦金屬氫化物的研究已超過20年，從最初的儲氫材料研究到后來的化學固氮，再到如今的氫負離子導體，團隊通過拓展完善金屬氫化物的特性和功能范圍，讓這一獨特材料在多個領域不斷地展現出新的潛力。

氫負離子導體潛在的應用場景。圖源：中國科學院大連化學物理研究所

編輯 樊一婧

校對 趙琳