中國科技大學的神奇低成本技術“點鐵成氫”

　　近日，中國科技大學國家同步輻射實驗室鄒崇文研究組與微尺度物質科學國家研究中心江俊研究組，突破了高溫貴金屬催化加氫來調控二氧化釩相變的傳統方法，實現了利用金屬吸附驅動酸溶液的質子摻雜進入二氧化釩材料實現溫和條件下極低成本的材料加氫，發明了堪稱“化腐蝕為神奇的點鐵成氫”技術。該成果近日發表在《自然·通訊》雜志上。

　　二氧化釩（VO2）是一種具有廣泛應用前景的強關聯過渡金屬氧化物材料，最顯著的特征是在68℃時具有4到5個量級的絕緣—金屬相變性質，其各種光電功能特性均與其相變密切相關，然而其相對過高的相變溫度成為其實際應用的一大瓶頸問題。探索有效的相變調控方法來降低相變溫度對推動其實際應用具有重要意義。

　　傳統的氫化摻雜技術依賴于高耗能的溫度和壓力等條件，又需昂貴的貴金屬催化劑，且氫化后的材料表面沉積的催化金屬還難以去除，這些不利因素成為制約二氧化釩氫化相變調控和應用的障礙。

　　科研人員將具有合適功函數的金屬顆粒和二氧化釩薄膜接觸后放入酸溶液中，發現了它們迅速被氫化同時誘發相變。這種相變過程具有極其快速的擴散效應，因而僅用極小的金屬顆粒（直徑1mm）就可以使直徑2英寸的二氧化釩外延薄膜抗腐蝕并金屬化，從而達到類似于“點石成金”的“化腐蝕為神奇的點鐵成氫”的效果。進一步研究發現，該策略還可以實現更多氧化物材料例如二氧化鈦（TiO₂）的摻雜加氫，驗證了這一“點石成金”摻雜技術的普適性。

　　這一成果突破了傳統的摻雜技術使用高溫、高壓以及貴金屬催化的方式，發展了一種能更好兼容常規溫和環境的摻雜方式，且操作簡便成本極為低廉，對開發新型的功能材料與器件，促進基礎理論的發展都有重要意義。