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氢负离子和电子在晶格畸变氢化镧中传导示意图。 中科院大连化物所供图
你可能知道氢（正）离子、氢原子、氢气，但你可能没听过氢负离子。氢负离子从氢原子改造得到，是氢家族中最神秘的成员，具有强还原性及高氧化还原电势等特点。氢负离子导体是在一定条件下具有优异氢负离子传导能力的材料，在氢负离子电池、燃料电池、电化学转化池、膜反应器、氢传感器等能源及电化学转化器件中具有广阔应用前景，有望在未来实现一系列技术革新。近日，中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员、曹湖军副研究员团队提出一种全新材料设计研发策略，通过机械化学方法在稀土氢化物——氢化镧晶格中引入大量缺陷和晶界，开发首例温和条件下超快氢负离子导体。相关成果发表在国际学术期刊《自然》上。
早在上世纪的变色玻璃研究中，研究者就发现氢化镧具有快速氢迁移能力，但其电子电导也很高。近几年，科研人员往氢化镧晶格中引入氧使其形成氧氢化物以抑制其电子传导，但氧的引入也显著阻碍了氢负离子的传导。
大连化物所研究团队创新地采用机械球磨制备方法，通过撞击和剪切力，造成氢化镧晶格畸变，破坏晶格周期性，形成大量纳米微晶和晶格缺陷，可显著抑制电子传导，电导率相比结晶态氢化镧下降5个以上数量级。重要的是，材料结晶度改变对氢负离子传导干扰并不显著，可在“震”住电子转移的同时，“维持”氢负离子通过协同迁移机制快速传输，最终获得优异的氢负离子传导特性。
此前报道的氢负离子导体只能在300℃左右实现超快传导，而大连化物所团队在研究中实现了温和条件下（-40℃至80℃范围内）的超快离子传导。此外，团队首次实现室温全固态氢负离子电池放电，证实了这种全新二次电池的可行性。陈萍介绍：“许多已知的氢化物材料都是离子—电子混合导体。我们建立的这种材料结构调变方法具有一定普适性，有望为氢负离子导体研发打开局面。”
陈萍团队聚焦金属氢化物研究超过20年，从最初的储氢材料研究到后来的化学固氮，再到如今的氢负离子导体，团队通过拓展完善金属氢化物特性和功能范围，让这一独特材料在多个领域不断展现出新潜力。
（大连新闻传媒集团记者谢小芳）
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