神奇低成本技術(shù)“點(diǎn)鐵成氫”

記者從中國科技大學(xué)獲悉，該校國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鄒崇文研究組與微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心江俊研究組，突破了高溫貴金屬催化加氫來調(diào)控二氧化釩相變的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)了利用金屬吸附驅(qū)動(dòng)酸溶液的質(zhì)子摻雜進(jìn)入二氧化釩材料實(shí)現(xiàn)溫和條件下極低成本的材料加氫，發(fā)明了堪稱“化腐蝕為神奇的點(diǎn)鐵成氫”技術(shù)。該成果近日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

二氧化釩（VO2）是一種具有廣泛應(yīng)用前景的強(qiáng)關(guān)聯(lián)過渡金屬氧化物材料，最顯著的特征是在68℃時(shí)具有4到5個(gè)量級(jí)的絕緣—金屬相變性質(zhì)，其各種光電功能特性均與其相變密切相關(guān)，然而其相對(duì)過高的相變溫度成為其實(shí)際應(yīng)用的一大瓶頸問題。探索有效的相變調(diào)控方法來降低相變溫度對(duì)推動(dòng)其實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

傳統(tǒng)的氫化摻雜技術(shù)依賴于高耗能的溫度和壓力等條件，又需昂貴的貴金屬催化劑，且氫化后的材料表面沉積的催化金屬還難以去除，這些不利因素成為制約二氧化釩氫化相變調(diào)控和應(yīng)用的障礙。

科研人員將具有合適功函數(shù)的金屬顆粒和二氧化釩薄膜接觸后放入酸溶液中，發(fā)現(xiàn)了它們迅速被氫化同時(shí)誘發(fā)相變。這種相變過程具有極其快速的擴(kuò)散效應(yīng)，因而僅用極小的金屬顆粒（直徑1mm）就可以使直徑2英寸的二氧化釩外延薄膜抗腐蝕并金屬化，從而達(dá)到類似于“點(diǎn)石成金”的“化腐蝕為神奇的點(diǎn)鐵成氫”的效果。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該策略還可以實(shí)現(xiàn)更多氧化物材料例如二氧化鈦（TiO2）的摻雜加氫，驗(yàn)證了這一“點(diǎn)石成金”摻雜技術(shù)的普適性。

這一成果突破了傳統(tǒng)的摻雜技術(shù)使用高溫、高壓以及貴金屬催化的方式，發(fā)展了一種能更好兼容常規(guī)溫和環(huán)境的摻雜方式，且操作簡(jiǎn)便成本極為低廉，對(duì)開發(fā)新型的功能材料與器件，促進(jìn)基礎(chǔ)理論的發(fā)展都有重要意義。

來源：科技日?qǐng)?bào)