盖世汽车讯 钙钛矿氢化物是各种新兴能源技术中富有前景的材料，但其固有氢离子电导率难以进行测量。据外媒报道，日本研究团队利用创新的氢自由基气氛激光沉积技术解决了这个问题。利用这种方法，研究人员生长出两种不同钙钛矿氢化物的薄膜单晶，并表征它们的氢离子电导率。这将促进对氢相关材料的研究。

（图片来源：芝浦工业大学）

钙钛矿材料具有卓越的特性和潜在应用前景（如可持续能源技术、催化和光电子学等），由此成为当前材料科学研究的热点。钙钛矿氢化物的分子结构中含有氢负离子（H−），因其氢衍生性质而备受关注。许多专家认为，这些化合物可能是研发储氢技术的关键，比如燃料电池和下一代电池，以及节能超导电缆。

然而，表征钙钛矿氢化物的物理性质具有挑战性，尤其是测量这些晶体材料的H -电导率。在大多数研究中，研究人员在表征分析中使用粉末样品，这意味着H -电导率受到晶体中不规则性（晶界）的影响。为了得到给定钙钛矿的固有H -电导率的真实值，人们需要生产出均匀连续的单晶，尽可能减少缺陷。对于复杂的三元钙钛矿氢化物来说，这是难以实现的，因此以前研究团队很少进行相关尝试。

最近，为了解决这一挑战，包括日本芝浦工业大学（SIT）工程与科学研究生院区域环境系统系博士生Erika Fukushi在内的研究团队利用创新方法来生产高质量单晶，并首次对三元钙钛矿氢化物进行了一些固有导电测量。相关论文由来自SIT的Fumiya Mori、Kota Munefusa和Hiroyuki Oguchi，以及日本国立材料科学研究所（National Institute for Materials Science）的Takayuki Harada共同撰写。

为了生产钙钛矿单晶，研究人员开发并创建了一种名为“氢自由基反应性红外激光沉积（H-radical reactive infrared laser deposition）”的强大方法。这种方法涉及将红外激光照射到包含所需钙钛矿金属原子的旋转圆盘状颗粒上。在这项研究中，研究人员想要生产MLiH3（其中M是Sr或Ba），因此用粗略压缩的MH2和LiH粉末混合物制成颗粒。当这个颗粒被激光加热时，金属从中释放到周围富含氢自由基的气氛中，这是通过加热的钨丝将氢气注入反应室而获得的。

颗粒旁边是一块精心挑选的基底，氢和金属自发地结合在基底上，从而形成所需的钙钛矿。当原子开始在基底上堆积时，它们会自发地进行排列，并与下面的晶体层保持一致，从而导致基底上的纳米膜外延生长。Fukushi表示：“这种方法的独特之处在于能够在自由基氢气氛中进行沉积，从而明显促进金属和氢之间的反应。通过使自然存在于薄膜中的金属原子完全氢化，可以合成单相氢化物薄膜。”

研究人员在各种条件下进行了多次激光沉积，并对所得薄膜进行了彻底的表征。使用许多先进的技术，包括X射线衍射、原子力显微镜和扫描电子显微镜，他们确定了每种薄膜的元素分布和结晶度。通过这种方式，研究人员在实验装置中确定了生长有序的单晶MLiH3的最佳条件。

在确认薄膜中没有晶界后，该团队最终可以进行H -电导率测量。值得一提的是，这是首次测量这些晶体的固有H -电导率，而这是为许多与氢相关的应用选择材料的关键信息。Fukushi表示：“新型充电电池和燃料电池可以利用氢离子传导来进行开发。这些技术有望促进电动汽车和可再生能源的普及，最终为建设节能可持续社会做出贡献。”

这种生长高质量钙钛矿氢化物晶体的新策略有望开辟氢材料科学的新领域，并为可持续发展铺平道路。