{首页主词},&

中國科學院&清華大學ACS Omega：液態金屬室溫快速制備氫鎢青銅材料及其變色效應

2019-05-14 15:53:59 作者：本網整理來源：材料人分享至：

【成果簡介】

氫鎢青銅和氫鉬青銅（HxMO3）是一類新型功能材料，具有多種獨特的電子性能，在光催化、固體氧化物燃料電池、有機光伏電池、儲能、電致變色和光致變色等領域有著廣泛的應用前景。

近日，中國科學院理化技術研究所與清華大學聯合研究小組在美國化學會期刊ACS Omega發表了一篇題為“Discoloration Effect and One-Step Synthesis of Hydrogen Tungsten and Molybdenum Bronze （HxMO3） using Liquid Metal at Room-Temperature”（Y. Cui et al., Omega 2019, 4: 7428-7435）的研究論文，首次證實了一種借助液態金屬實現室溫快速制備氫鎢青銅結構材料的新方法，并揭開了其中有趣的變色效應。中科院理化所博士后崔云濤為本文第一作者，崔云濤博士與清華大學教授、中科院理化所雙聘研究員劉靜為本文共同通訊作者。

在酸性溶液中，液態金屬的電極電位小于WO3的電極電位（圖1），因此WO3在酸性溶液中與液態金屬表面接觸后，自身會迅速發生變色反應，并被還原成氫鎢青銅材料（HxWO3）。在具體的制備過程中，HxWO3中H+的含量會隨反應溶液中H+濃度、制備溫度、制備時間的提高而增加（圖2）。隨著H+離子的加入，WO3粉末的晶體結構由單斜結構向四方結構和立方結構轉變。內中機理在于，注入H+離子占據扭曲的WO3晶格中的間隙位置，并被近似規則的氧原子八面體所包圍，H+離子于是進入后會偏離中心，并以羥基的形式附著在氧原子上。

【圖文導讀】

圖1 液態金屬還原機制示意圖

圖2 不同制備條件下WO3粉體的變色過程及相應的表征數據

第一性原理計算結果顯示（圖3），H+離子注入單斜WO3的正空穴，起到導電作用。H+離子插入WO3并在晶格中擴散具有較低的活化能，而插入WO3晶格中的H+增加了費米能級和電荷載流子處的電子密度。隨著HxWO3中H+離子含量的提高，費米能級的態密度逐漸增大，相應的HxWO3中自由電子濃度增加，導電能力從而逐漸變強。

實驗和計算表明，通過對制備溫度、溶液中H+離子濃度、制備時間的控制，實現了H+離子含量的可控摻入HxMO3晶格，由此可滿足不同領域的應用要求。室溫快速制備的HxMO3可以在仿生偽裝、儲能、電池、氫離子傳感器和電子開關等領域有著顯著的潛在應用前景。

圖3 HxWO3的晶體和電子結構圖

上述研究得到國家自然科學基金委重點項目、中國科學院院長基金及前沿項目的資助。

文獻鏈接：

Cui et al., Discoloration Effect and One-Step Synthesis of Hydrogen Tungsten and Molybdenum Bronze （HxMO3） using Liquid Metal at Room Temperature, ACS Omega 2019, 4: 7428-7435https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsomega.9b00840本文由中國科學院理化技術研究所供稿。

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。