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理学院陈朗课题组在功能氧化物合成方面取得新进展

近日,南方科技大学理学院物理系教授陈朗课题组在合成新型高含氢量、高电导氧化物方面取得重要进展,相关成果以“High-conductive protonated layered-oxides from H2O vapor-annealed brownmillerites”为题发表在Advanced Materials上。


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近几年来,氢掺杂的氧化物由于其在电致变色,热导调控,金属绝缘体转变以及中温质子电导等方面的潜在应用而受到了广泛关注。虽然氢掺杂能够实现对氧化物材料拓扑相变的调控,但是通常会极大降低材料的电导率,这严重限制了其在电学、磁学、热电等方面的应用。尤其在质子传导氧化物燃料电池方面,质子化的电池阳极往往因为低的电子电导限制了ORR的反应进程,从而降低了燃料电池的功率输出和转化效率。因此,如何提升质子化氧化物的电子电导成为了亟待解决的问题。研究人员以钙钛矿结构的SrCoO2.5为例,通过450℃下水蒸气退火的方式成功合成了新型高电导和高含氢量的层状氧化物SrCoO3H。这种化合物的电阻率低至1 mΩ·cm,氢含量高至1 EA/f.u.,同时也表现出优异的室温热电性能。该发现为合成高电导率的含氢氧化物开辟了新的、便捷的合成路径。合成产物的氢含量远高于氧化物材料的缺陷水平,可以较大的改变材料的光、电、磁、热电、催化等性质,可大规模制备含氢氧化物,装置简单,成本低廉。


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图1.高含氢量、高电导氧化物SrCoO3H的制备、表征、结构及性质


南科大物理系研究助理教授胡松柏为本文第一作者,陈朗为本文通讯作者。南科大为论文第一单位。本研究得到了国家自然科学基金和深圳市科创委的资助。

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图2.BiMnO3自支撑薄膜样品转移前后示意图


同时,陈朗课题组近期在铋系多铁氧化物薄膜的研究上也取得了进展,相关成果以“Ferroelectricity and Ferromagnetism Achieved via Adjusting Dimensionality in BiFeO3/BiMnO3 Superlattices” 为题在ACS Applied Materials & Interfaces上发表。在这项工作中,通过构建铋系氧化物超晶格,陈朗团队实现了在同一体系中较强铁电性与铁磁性的共存。在此研究基础上,通过生长水溶性的牺牲层,陈朗团队还实现了铋系氧化物外延薄膜的柔性化,转移后的薄膜表现出超柔特性,并呈现稳定的铁磁性与铁电性。相关工作以“Super‐Flexible Freestanding BiMnO3 Membranes with Stable Ferroelectricity and Ferromagnetism” 为题发表在Advanced Science上。这些工作有助于实现多铁材料的实用化。以上两篇文章的第一作者均为陈朗课题组南科大-哈工大联合培养博士研究生金财,陈朗为论文通讯作者。南科大为论文第一单位。

 

论文链接:

1、https://doi.org/10.1002/adma.202104623 

2、https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c11120 

3、https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202102178 



供稿:物理系

通讯员:许馨文

主图:丘妍