[发明专利]一种氢化氧化物的制备方法和应用

说明书

本发明提供一种氢化氧化物的制备方法和应用，该方法包括如下步骤：在压力≥0.01个标准大气压下，过渡金属氧化物在水蒸气存在下进行烧结，得到氢化氧化物，烧结的温度≥250℃，保温时间≥1h。本发明避免了传统的方法通过还原性H₂气氛下烧结、电场作用下离子液体加氢，氢离子注入这些方式给过渡金属氧化物中加氢，而是提供了一种氢氧共掺杂的方法来同时加入氧受主，从而克服了氢施主对价带空穴的湮灭。将水蒸气中的氧和氢以1：2比例扩散进入过渡金属氧化物材料，并在材料形成稳定存在的氢离子，从而实现新型氢化氧化物材料的合成，且电阻不会升高。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，尤其涉及一种氢化氧化物的制备方法和应用。

背景技术

近几年来，氢掺杂的过渡金属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受到了广泛的关注。目前主要的氢掺杂方法包括：(1)等离子体氢注入；(2)离子液体注入；(3)H₂气氛下退火。方法(1)和(2)难以实现氢的大面积注入，并且会损伤薄膜样品的表面。方法(3)主要采用在H₂或金属氢化物如NaH、CaH₂、LaH₃热解释放氢气的气氛下退火向材料中掺杂氢。有学者研究了一种薄膜材料的改性方法及改性薄膜材料，其通过在管式炉中通入氢气退火进行氢掺杂，这些方法通常只能实现氢离子的单注入，而氢离子作为电子施主，其提供的多余电子填充了价带的空穴，从而大大降低了氧化物的空穴浓度。由于氧化物大多为p型电导，因此氢离子的掺杂往往会大幅度降低材料的电导率。这严重限制了其在电学、磁学和热电等方面的应用。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由于低的电子电导限制了电化学氧还原的反应进程，从而降低了燃料电池的功率输出和转化效率。

因此，如何在氢化过渡金属氧化物的同时，不恶化其电导成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种氢化氧化物的制备方法，该方法在氢化过渡金属氧化物的同时，不会降低电导。

本发明还提供了一种氢化氧化物的应用。

本发明还提供了一种氢化氧化物材料。

本发明的第一方面提供了一种氢化氧化物的制备方法，包括如下步骤：

一种氢化氧化物的制备方法，包括如下步骤：

在压力≥0.01个标准大气压下，过渡金属氧化物在水蒸气存在下进行烧结，得到氢化氧化物，所述烧结的温度≥250℃，保温时间≥1h。

本发明关于氢化氧化物的制备方法的技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明避免了传统的方法通过还原性H₂气氛下烧结、电场作用下离子液体加氢，氢离子注入这些方式给过渡金属氧化物中加氢。而是提供了一种氢氧共掺杂的方法来同时加入氧受主，从而克服了氢施主对价带空穴的湮灭。将水蒸气中的氧和氢以1：2比例扩散进入过渡金属氧化物材料，并在材料形成稳定存在的氢离子，从而实现新型氢化氧化物材料的合成，且电阻不会升高。

根据本发明的一些实施方式，所述过渡金属氧化物中的过渡金属为钌、锰、铁、钛、钙、钨、镍、钴、钇或钒中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述过渡金属氧化物为SrTiOx、SrMnO_X、SrFeOx、CaFeOx、LaCoOx、CaCoOx、LaSrCoOx、LaSrMnOx、NiCoOx、NaCoOx、SrRuOx、YBaCoCuOx、FeOx、WOx、VOx、TiOx、NiOx或CoOx中的至少一种；

其中，2.5≤x≤3。

根据本发明的一些实施方式，所述温度≥400℃。