作者弗洛里安·艾格纳，维也纳理工大学 氧化锆晶体上的钙钛矿薄膜电极
信用:图文 电化学正在发挥越来越重要的作用:无论是燃料电池、电解还是化学能量储存，都使用由电流控制的化学反应
所有这些应用中的决定性因素是反应尽可能的快速和有效
一个来自维也纳和汉堡DESY的团队已经向前迈出了重要的一步:他们展示了一种由镧、锶、铁和氧组成的特殊材料可以在两种不同的状态之间来回转换:在一种状态下，这种材料具有催化活性，而在另一种状态下，则没有
其原因是表面上微小的铁纳米粒子的行为，这已经在汉堡德国电子同步加速器DESY的实验中得到证实
这一发现现在应该使得开发更好的催化剂成为可能
该研究结果发表在《自然通讯》杂志上
电压导致氧离子迁移 “多年来，我们一直使用钙钛矿进行电化学实验，”教授说
化学技术和分析研究所的亚历山大·奥皮茨
“钙钛矿是一种非常多样的材料，其中一些是极好的催化剂
“钙钛矿的表面有助于使某些反应物相互接触——或者使它们再次分离
最重要的是，钙钛矿具有氧离子可渗透的优点
因此，它们可以传导电流，我们正在利用这一点
" 当向钙钛矿施加电压时，氧离子从它们在晶体中的位置释放出来，并开始通过材料迁移
如果电压超过某个值，这会导致钙钛矿中的铁原子也迁移
它们移动到表面，在那里形成直径只有几纳米的微小颗粒
本质上，这些纳米粒子是极好的催化剂
“有趣的是，如果一个人颠倒电压，催化活性会再次下降
到目前为止，原因还不清楚，”亚历山大·奥皮茨说
“有些人怀疑铁原子会简单地迁移回晶体中，但事实并非如此
当这种效应发生时，铁原子根本不需要离开它们在材料表面的位置
" DESY的x光分析 图维恩的研究团队与DESY汉堡电子同步加速器的团队合作，在化学过程发生时，用x光精确分析纳米粒子的结构
结果表明，纳米粒子在两种不同的状态之间来回变化——取决于施加的电压。“我们可以在金属和氧化状态之间切换铁粒子，”奥皮茨说
施加的电压决定了材料中的氧离子是被泵向铁纳米粒子还是远离它们
这可以控制纳米粒子中含有多少氧气，根据氧气的量，纳米粒子可以形成两种不同的结构——富氧结构(催化活性低)和贫氧结构(催化活性低)
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金属的，催化活性很强
“这对我们来说是一个非常重要的发现，”他说
“如果这两种状态之间的转换是由纳米粒子的铁原子扩散回晶体中引起的，那么就需要非常高的温度来使这一过程高效运行
既然我们知道活性变化与铁原子的扩散无关，而是与两种不同晶体结构之间的变化有关，我们也知道相对较低的温度就足够了
这使得这种类型的催化剂更加有趣，因为它有可能用于加速技术相关的反应
" 从氢到能量储存 这种催化机理现在还需要进一步研究，也适用于成分略有不同的材料
它可以提高许多应用程序的效率
“这对于在能源领域非常重要的化学反应尤其有趣，”奥皮茨说
“例如，当涉及到氢气或合成气的生产，或通过电流产生燃料来储存能量时
"
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