日本科學(xué)家研發(fā)出支持下一代燃料電池的新型陶瓷材料

摘要：

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了陶瓷材料（Ba₇Nb₄MoO₂₀），吸入水分后，其內(nèi)部氧化物離子（O²⁻）的遷移會(huì)變得更加活躍

闡明了Ba₇Nb₄MoO₂₀通過(guò)吸收水蒸氣，加快氧化物離子（O²⁻）移動(dòng)速度、從而提升導(dǎo)電性的作用機(jī)制

大幅推動(dòng)了離子導(dǎo)體的研發(fā)進(jìn)程，該材料對(duì)燃料電池、水蒸氣電解槽等清潔能源技術(shù)至關(guān)重要

燃料電池與水蒸氣電解槽的效率提升，有望為實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)及推進(jìn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）作出重要貢獻(xiàn)。而掌握這一目標(biāo)關(guān)鍵的，是氧化物離子（O²⁻）導(dǎo)體、質(zhì)子（H⁺）導(dǎo)體，以及能夠同時(shí)傳輸O²⁻與H⁺的氧化物離子-質(zhì)子混合（雙離子）導(dǎo)體的研發(fā)工作。

為提升這類(lèi)材料的性能，必須調(diào)查氧化物離子與質(zhì)子的傳導(dǎo)比例，并從原子層面理解其“傳導(dǎo)機(jī)制”，這一過(guò)程至關(guān)重要。

【概述說(shuō)明】

東京科學(xué)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系的八島正知教授、作田祐一特別助教（現(xiàn)任熊本大學(xué)產(chǎn)業(yè)納米材料研究所助教）、巾崎潤(rùn)子研究員等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，與九州大學(xué)碳中和能源國(guó)際研究所的松本廣重教授團(tuán)隊(duì)、以及英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院材料系的斯蒂芬?斯金納（SKINNERStephen）教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展國(guó)際聯(lián)合研究，成功揭示了一種具備特殊功能的陶瓷材料的作用機(jī)制?——該材料通過(guò)吸收水蒸氣，可使內(nèi)部氧化物離子（O²⁻）更易移動(dòng)。具體而言，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了“材料與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)（即水合反應(yīng)）后，氧化物離子遷移性提升”的現(xiàn)象，并從原子層面闡明了這一機(jī)制。該成果有望為燃料電池、水蒸氣電解槽等設(shè)備的效率提升提供助力，堪稱(chēng)推動(dòng)碳中和社會(huì)實(shí)現(xiàn)及助力可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）的重要一步。

該研究成果已于2025年7月18日（倫敦時(shí)間）以電子版形式發(fā)表于材料化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《JournalofMaterialsChemistryA》，并入選該期刊具有極高科學(xué)意義、創(chuàng)新性及關(guān)注度的“熱點(diǎn)論文”（HOTPapers）。

【未來(lái)發(fā)展方向】

未來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)將基于本次闡明的?“水合反應(yīng)與離子擴(kuò)散的關(guān)聯(lián)”?機(jī)制，致力于研發(fā)并優(yōu)化性能更優(yōu)異的雙離子導(dǎo)體。此外，通過(guò)將本次研究獲得的見(jiàn)解拓展應(yīng)用至其他材料體系，有望為下一代燃料電池、電解槽及傳感器等設(shè)備提供更多元的材料選擇，推動(dòng)該技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。

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