摘要：发现了一种原子结构中含有失配氧原子高度有序阵列的新型金属氧化物。该结构使得氧离子能够在低温下快速轻易的迁移而穿过材料。

 

氧离子曲折地或循环地穿过由锶（绿色）、铬（蓝色）、氧（红色）原子构成的金属氧化物晶体。其中晶体结构中失配氧的位置以X表示。

图片来源：美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）

发现了一种原子结构中含有失配氧原子（通常也称为氧缺位或空穴）高度有序阵列的新型金属氧化物。该结构使得氧离子能够在低温下（~250°C）快速轻易的迁移而穿过材料。

对于固体氧化物燃料电池而言，能够快速迁移氧离子的材料是必不可少的。该研究中发现的材料能够在比目前技术（~800°C）低得多的温度下使得固体氧化物燃料电池更有效率。

金属氧化物在燃料电池、超导材料以及热电体系等许多能源技术领域都是非常重要的。大多数金属氧化物都含有点缺陷的氧缺位或空穴，这些缺陷通常均匀的分布在材料中。控制氧缺陷的生成及位置，从而制得新型结构和功能是一项具有挑战性的工作。美国太平洋西北国家实验室研究人员在最近发现了一种新型非化学计量的金属氧化物SrCrO_2.8。该非化学计量的化合物SrCrO_2.8是在试图制备化学计量SrCrO_3.0时形成的。

这种新材料在四面体配位Cr+4离子层之间含有相隔~1nm的有序阵列SrO2面。而且，在温热的空气中，它可由菱形（类似于金刚石）结构半导体形式可逆的转变为所谓的立方钙钛矿结构金属形式。菱形结构中有序的氧空位允许氧离子在低温下（~250°C）快速且轻易的扩散穿过材料。该性能对于目前只能在相当高温度下（~800°C）工作的固体氧化物燃料电池技术而言是非常重要的。第一性原理计算对非化学计量SrCrO_2.8的形成和稳定性，以及氧离子如何轻易穿过材料提出了见解。氧空位缺陷团聚成有序阵列这一有趣性能不仅仅使得固体氧化物燃料电池更具效率，而且也将在其他应用（如热电）中发挥重要作用。

美国能源部科学办公室基础能源科学项目（DOE Office of Science, Basic Energy Sciences program）。该研究参与及使用的设备来自于美国环境分子科学实验室（Environmental Molecular Sciences Laboratory），美国能源部科学办公室（DOE Office of Science）用户设备由生物和环境科学项目（Biologic and Environmental Sciences program）提供。计算设施由太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）支持。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮