水蒸气设置一些氧化物飘扬



当一种类型的称为钙钛矿的氧化物结构的暴露于水蒸气和电子流,它表现出的行为,研究人员从来没有被预料到:该材料放出氧气,并开始振荡,几乎类似于活生生的有机体。

这种现象是“完全出乎意料”,并可能变成具有一定的实际应用中,说杨绍喇叭,在W.M.在bt365手机能源的凯克教授。她是一篇论文的描述所今天发表在杂志上的研究的资深作者 自然材料。该论文的第一作者是binghong涵博士'16,现在是在阿贡国家实验室的博士后。

钙钛矿氧化物用于各种应用中,包括太阳能电池,在可再充电电池的电极,水分解装置,以产生氢气和氧气,燃料电池,和传感器希望的候选。在许多用途中,这些材料将被暴露于水蒸气,所以他们在这样的环境行为的更好的理解被认为是有利于他们的许多潜在应用的发展具有重要意义。

喜欢烹饪玉米粥

当被称为BSCF特定种类的钙钛矿的 - 对于其组分钡,锶,钴,和铁中的化学符号后 - 被放置在透射电子显微镜(TEM)的真空来观察其行为,绍喇叭说,“没有任何反应,这是非常稳定“。但随后,“当你在低压水蒸汽泵,你开始看到氧化物振荡。”该振荡的原因,在TEM图像清楚可见,是“气泡形成和在氧化物收缩。它像煮玉米粥,其中形成气泡,然后收缩。”

的行为是如此意外部分是因为氧化物是固体,并预期不具有灵活地形成增长和收缩的气泡。 “这是不可思议的,”邵角说。 “我们认为氧化物为脆的,”但在这种情况下,泡沫膨胀和收缩而不材料的任何破裂。并且在气泡形成过程中,“我们实际上产生氧气,”她说。

更重要的是,由形成和泡沫破裂所产生的振荡的精确频率可以精确地调整,这可能是某些潜在的应用非常有用的特性。 “振荡的幅度和频率取决于压力”在系统中的蒸气,绍喇叭说。并且由于现象还取决于电子束的存在,该反应可以打开和关闭随意通过控制那些波束切换。

效果不只是表面反应,她说。水分子,成为由电子束电离(带电),实际上深入渗透到钙钛矿。 “这些离子去散料里面,所以我们看到从振荡非常深的来了,”她说。

该实验中使用的,“环境”透射型电子显微镜的独特能力在Brookhaven国家实验室,美国一个的一部分有支持的能源设施的部门。用该仪器中,研究人员直接观察到钙钛矿材料,水蒸汽之间的相互作用,和流电子的,所有在原子尺度。

保持其形状

尽管所有的脉动运动和进出固体结晶材料,该反应停止时,该材料的离子渗透“仍然有它的原始的钙钛矿结构,”汉说。

因为这是这样一个新的和有趣的发现,邵角说,“我们还没有完全了解详细”的反应究竟是如何发生的,因此研究是为了澄清机制继续进行。 “这是科学打开了一个很大的问题,地址,一个意想不到的结果。”

而最初的实验中使用的电子束,绍喇叭的问题,只要这样的行为还可以通过闪耀明亮的光,这可以是用于水分解和纯化一种有用的方法诱导的 - 例如,利用太阳光来产生从水或除去氢气燃料从水中毒素。

而大多数催化剂仅在其表面促进反应,该反应渗透到大部分材料表明,它可以提供催化剂设计的新机制的事实,她说。

除了工程机械,邵角认为随着材料科学与工程和bt365手机能源计划对能源存储中心的部门联合任命。该研究小组还包括凯尔西stoerzinger博士'16;瓦西的洛桑联邦理工学院,在瑞士tileli;和安德鲁gamalski和布鲁克海文国家实验室,在厄普顿,纽约的Eric STACH。这项工作是由国家科学基金会,skoltech-MIT中心电化学能量存储和美国支持科学的能源办公室的部门。