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  1. 密院教师陈倩栎在《Nature Communications》发表重要科研成果

    六月 15, 2017 by 交大密西根学院对外交流与宣传办公室综合整理   分享:   人人网   打印

    6月14日,交大密西根学院教师陈倩栎与科研合作伙伴瑞士联邦材料研究所Artur Braun博士在自然出版集团 (Nature Publishing Group) 旗下的一流国际学术期刊《Nature Communications》上共同发表《Experimental neutron scattering evidence for proton polaron in hydrated metal oxide proton conductors》(质子极化子在水化金属氧化物质子导体中的中子散射实验证据)的论文。论文叙述了他们在中子散射实验中的重大发现,揭示了质子传导的关键机理。

    陈倩栎和她的合作者通过实验研究发现,陶瓷燃料电池中的质子传输具有前所未知的复杂的规律,这可能是质子导体燃料电池尚未达到人们所预期性能的原因。

    在电化学能源转换和存储器件中,电子和离子主导着电荷传导。例如在燃料电池中,主要的离子为氢中的质子。只有理解燃料电池中电荷载流子的传导机理,才能找到提高器件性能的方法。

    201706131副本质子在晶格中形成极化子,引起晶格偏离平衡位置示意图

    质子在高温下可在陶瓷材料中更快地传导。这个特性与许多传导电子的金属氧化物相近,被称为极化子导体。极化子的形成是由于当电子被俘获在晶格中并仅由于晶格受热振动而移动,称为电子极化子。

    而晶格中的质子也可被晶格俘获,并随晶格振动而运动,也具有极化子的特性。然而这仅仅是少数科学家从理论上提出的假说。陈倩栎和她的合作者用实验证实了这个假设。他们测量得到的中子与同步辐射数据与经典的极化子理论相吻合。从中也可区分晶格振动中哪个原子驱动了质子运动,并作为电荷传输的载体。

    这项成果可促进质子导体新材料的开发,为研发更高效的燃料电池、电解池与其它电化学器件开辟了新途径。燃料电池可将燃料中的化学能高效、清洁地转化为电能。陶瓷燃料电池在燃料选择方面具有更大的自由度,可使用氢气和天然气作为燃料,并且不需要贵金属作为催化剂。然而,这种燃料电池需要600 -1000度的工作温度,从而需要更长的启动时间,并对配件材料的耐高温性能和稳定性产生了更高的要求。采用陶瓷质子导体作为电解质,可将燃料电池的工作温度降至400-500度。因此,对陶瓷质子导体的研发可降低燃料电池的生产成本,推动这种高效、清洁能源器件的产业化。

    背景介绍

    Qianli Chen陈倩栎于2012年在瑞士苏黎世联邦理工大学获得博士学位,于2015年加入交大密西根学院。曾入选德国洪堡学者和上海市扬帆计划。

    《Nature Communications》 创刊于2010年4月,是一个开放阅览的多学科杂志,致力于发表生物学、物理学、化学和地球科学等各领域的高质量研究论文。该刊发表的论文代表对于每一领域内的专家来说具有重要意义的研究进展。