陳根：利用紫外線，發現鈣鈦礦晶體新機制_風聞

文|陳根

近年來，鈣鈦礦材料作為一種新型的有機無機雜化半導體材料，在光伏和發光領域發展迅速。但由於其電子間的強關聯效應**，鈣鈦礦氧化物中普遍存在着電荷序、軌道序、自旋序的相互競爭和相互影響，導致了其複雜的物理相圖和獨特的熱力學和輸運性質。**

而電池和燃料電池電解質的性能取決於電解質中電子和離子的運動。調節電解質中氧化物離子的運動可以增強電池和燃料電池的功能，例如可以通過提高其能量存儲和輸出的效率實現。

利用光來調節離子的運動擴展了可能的能量輸入源，且迄今為止只在質子等小離子中得到過證實。但近日，筑波大學的研究人員揭示了紫外線在室温下調節鈣鈦礦晶體中的氧化物離子傳輸機制。

一直以來，在固態材料中傳輸重原子和離子一直是一項挑戰，但該設計以一種簡單的方式來實現了這一目標，並將其與可持續能源投入無縫結合。

為了做到這一點，研究人員把目光寄於鈷雙鈣鈦礦晶體，其類似於燃料電池研究中的常見材料。結果發現，在室温下使用紫外線照射這一晶體，可以在不破壞晶體的情況下取代氧化物離子，這意味着晶體的功能得以保留。

電子衍射結果、光譜學結果和相應的計算也證實了這種解釋——在傳遞能量為每平方釐米2毫焦耳時，約6%的氧化物離子會在幾皮秒內在晶體中發生嚴重混亂，而不會破壞晶體。

通常來説，鈷氧鍵會極大地限制氧化物的運動，但紫外光誘導的電子轉移可以破壞這些鍵。這有助於氧化物離子的運動以一種方式進入幾個有關存儲光能輸入的狀態。

鈣鈦礦電池與傳統“硅型”電池比，設備批發價僅為傳統電池一半，重量僅為硅型的十分之一，便於安裝在建築物和純電動汽車（EV）上，兼具成本與推廣優勢。隨着新型電池技術的推動，鈣鈦礦電池產業化進程有望提速。

未來，該發現還有助於更深入地瞭解，如何利用光來操縱跟能量儲存有關的晶體結構，且以一種不破壞晶體的方式為商業規模的可再生能源系統帶來新的可能。