В недавнем прошлом ученые исследовали множество возможностей в попытке использовать энергию из различных других источников. Один из таких примеров включает использование энергетических систем на основе водорода. В связи с этим гидрид лантана, соединение водорода и металлического элемента лантана, привлек довольно много внимания. Благодаря своим уникальным свойствам материала, гидрид лантана обеспечивает превосходный гидрид-ион (H^-) проводимость при определенных условиях, что является необходимым условием для эффективной работы химических реакторов и систем накопления энергии. Однако большинство Ч^- проводники показывают низкий H^- проводимость при комнатной температуре, что ограничивает их применение.

В новом исследовании исследователи из Токийского технологического института (Tokyo Tech) разработали технологическую инновацию, которая может быть использована для преодоления этого ограничения и разработки следующего поколения энергоносителей. Исследовательская группа, возглавляемая проф. Хидео Хосоно, старший автор исследования и почетный профессор Токийского технологического института, успешно получил и охарактеризовал богатый водородом гидрид лантана с химической формулой "LaH_3−2xO_x," который показывает H^- проводимость, которая выше на три порядка по сравнению с лучшим доступным проводником. Их хитрость заключалась в том, чтобы контролировать концентрацию кислорода в ЛаХ_3−2xO_x.

Исследователи использовали двухэтапный процесс для приготовления ЛаХ_3−2xO_x. ЛаХ высокой плотности_3−2xO_x гранула, приготовленная с использованием первой стадии синтеза под высоким давлением, имела большой дефицит водорода. Затем исследователи подвергли эти гранулы воздействию атмосферы газообразного водорода при повышенной температуре (400 ° C) в течение длительного времени (10 часов), чтобы заполнить вакансию водорода. Это привело к образованию "ЛаХ_2.8O_0.1, " новый материал, обладающий высокой ионной проводимостью даже при комнатной температуре.

Разрабатывают концепцию, лежащую в основе их исследования, которое будет опубликовано в Журнал Американского химического общества, проф. Хосоно говорит: "Наше исследование было продиктовано идеей о том, что минимизация количества замещенного O²⁻ используется для подавления электронной проводимости в LaH_3−и в идеале должно получиться быстрое Ч⁻ проводимость в ЛаХ_3−2xO_x возможно при комнатной температуре."

Весьма интересно, что богатый водородом LaH_3−2xO_x также продемонстрирован низкий активационный барьер - энергетическое препятствие, которое он должен преодолеть, чтобы успешно функционировать в качестве эффективного ионного проводника. С точки зрения фактического измерения, этот низкий активационный барьер составлял где-то между 0,3 и 0,4 эВ. Более того, низкий активационный барьер был независимо подтвержден с помощью компьютерного моделирования. Моделирование также показало, что H^- ионы, далекие от O²⁻ ионы были очень подвижны, и некоторые из них преодолевали большие расстояния, выбивая друг друга, что предполагает наличие сильных отталкивающих кулоновских взаимодействий, идеальных для быстрого Н^- проводимость.

Похоже, есть веская причина для того, чтобы проф. Хосоно оптимистично заметил: "Богатый водородом ЛаХ_3−2xO_x является многообещающим кандидатом на водородные носители следующего поколения и может способствовать замене ископаемого топлива!"