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神奇低成本技术“点铁成氢”

导读: 传统的氢化掺杂技术依赖于高耗能的温度和压力等条件,又需昂贵的贵金属催化剂,且氢化后的材料表面沉积的催化金属还难以去除,这些不利因素成为制约二氧化钒氢化相变调控和应用的障碍。

记者从中国科技大学获悉,该校国家同步辐射实验室邹崇文研究组与微尺度物质科学国家研究中心江俊研究组,突破了高温贵金属催化加氢来调控二氧化钒相变的传统方法,实现了利用金属吸附驱动酸溶液的质子掺杂进入二氧化钒材料实现温和条件下极低成本的材料加氢,发明了堪称“化腐蚀为神奇的点铁成氢”技术。该成果近日发表在《自然·通讯》杂志上。

二氧化钒(VO2)是一种具有广泛应用前景的强关联过渡金属氧化物材料,最显著的特征是在68℃时具有4到5个量级的绝缘—金属相变性质,其各种光电功能特性均与其相变密切相关,然而其相对过高的相变温度成为其实际应用的一大瓶颈问题。探索有效的相变调控方法来降低相变温度对推动其实际应用具有重要意义。

传统的氢化掺杂技术依赖于高耗能的温度和压力等条件,又需昂贵的贵金属催化剂,且氢化后的材料表面沉积的催化金属还难以去除,这些不利因素成为制约二氧化钒氢化相变调控和应用的障碍。

科研人员将具有合适功函数的金属颗粒和二氧化钒薄膜接触后放入酸溶液中,发现了它们迅速被氢化同时诱发相变。这种相变过程具有极其快速的扩散效应,因而仅用极小的金属颗粒(直径1mm)就可以使直径2英寸的二氧化钒外延薄膜抗腐蚀并金属化,从而达到类似于“点石成金”的“化腐蚀为神奇的点铁成氢”的效果。进一步研究发现,该策略还可以实现更多氧化物材料例如二氧化钛(TiO2)的掺杂加氢,验证了这一“点石成金”掺杂技术的普适性。

这一成果突破了传统的掺杂技术使用高温、高压以及贵金属催化的方式,发展了一种能更好兼容常规温和环境的掺杂方式,且操作简便成本极为低廉,对开发新型的功能材料与器件,促进基础理论的发展都有重要意义。

来源:科技日报

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