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摘要：世界首次阐明高性能电解质材料中质子引入反应的活性位点——夹在钪（Sc）和锆（Zr）以及2个Sc之间的缺氧缺陷是水合反应的局部活性位点，有望大幅加快质子传导电解质和中温固体氧化物燃料电池的开发。

关键词：中温SOFC、质子导体、活性位点、Sc取代锆酸钡、水合反应

要点

•自1981年发现质子导体以来，确定作为氧化物中质子传导表达来源的局部结构一直是一个悬而未决的问题

•世界首次发现高性能固体电解质材料中的质子引入活性位点

•未来有望通过优化局部结构，加速开发在中温下工作的固体氧化物燃料电池电解质

质子传导氧化物有望用作在400度下工作的固体氧化物燃料电池（SOFC）的电解质，研究小组此次阐明了质子（H⁺）传导氧化物中发生质子引入反应的局部结构（活性位点）。

这是全球首个将实验与数据科学、计算科学相融合的研究成果。基于该研究获得的知识，通过建立基于局部结构优化的新材料设计策略，有望大幅加快质子传导电解质和中温下运行的固体氧化物燃料电池的开发。

众所周知，受体取代的钙钛矿氧化物通过吸收水蒸气并将质子引入材料中，显示出了高质子传导性。由于水合反应是质子传导表达的来源，自1981年质子导体被发现以来，确定激活水合反应的局部结构是许多研究人员一直在挑战的难题。由于可以通过实验探测局部结构的X射线吸收光谱法和固态核磁共振光谱的应用仅限于室温环境，因此至今仍未得到阐明。

研究小组着眼于在已报道的钙钛矿氧化物中具有最高水平的质子传导性和化学稳定性的Sc取代锆酸钡，通过结合使用同步辐射的原位水合实验、使用超级计算机和机器学习的大规模模拟以及精确的热重分析，从多个角度研究了材料中激活水合反应的局部结构。

结果表明，夹在钪（Sc）和锆（Zr）以及2个Sc之间的缺氧缺陷是水合反应的局部活性位点，并成功阐明了其与温度的关系。

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首次阐明高性能电解质材料中质子引入反应的活性位点——加速中温SOFC开发