東南大學取得重大進展，成果登上頂級期刊Science！聚焦國家能源發展戰略！

7月10日《Science》刊發論文《電場誘導異質界面金屬態構建超質子傳輸》（Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure）。東南大學太陽能技術研究中心/儲能聯合研究中心首席科學家朱斌教授為該論文共同一作和主通訊作者，此項研究成果標誌著東南大學在燃料電池領域相關研究取得了重大進展。

燃料電池是國家能源發展戰略的一個重點領域。電解質是燃料電池的核心組成部分，其離子電導率的性能決定了燃料電池性能的優劣，目前制約燃料電池性能開發與應用的瓶頸是較低的離子電導率的電解質。

固體氧化物燃料電池（SOFC）的電解質的發展歷經百年，至今沒有可以替代其釔穩定二氧化鋯(YSZ)氧離子傳導電解質材料,其氧離子電導率在約1000°C才達到高性能SOFC電導率要求的0.1 S/cm。為了解決這個挑戰，諾獎獲得者古迪納夫在2000年Nature發文提出要設計氧離子導體，其方法是傳統的結構離子摻雜方法，即通過低價陽離子取代高價陽離子，例如Y3+摻雜結構Zr4+，形成氧空位，進而產生氧離子電導率。但是，結構摻雜沒有解決SOFC電解質的挑戰。阻礙了燃料電池的商業化進程。

朱斌教授等人採用完全不同於傳統離子導體結構摻雜的方法，構建半導體材料的異質結構，通過利用半導體異質界面電子態/金屬態特性把質子局域於異質界面，設計和構造具有最低遷移勢壘的超質子高速通道；在燃料電池中，質子經電化學嵌入到異質材料界面，被帶正電的氧化鈰表面排斥到鈷酸鈉表面，但同時受到正電鈉離子的排擠不能進入鈷酸鈉內部，因而局域於兩者材料的界面空間，從而實現在最低勢壘的層間連續快速遷移。實驗成功地驗證了理論和計算結果，獲得了極其優異的質子電導率（較傳統釔穩定二氧化鋯電解質材料的電導率提升了幾個數量級），實現了先進質子陶瓷燃料電池示範（如圖）。

半導體異質結構和場誘導加速離子遷移是一個全新的科學機制，在大量的研究基礎上，正在形成一個新的學科和方法論：半導體離子學-研究半導體材料的離子輸運規律和應用的新興前沿學科（朱斌教授提出和帶領的研究）。對其全面和深入的研究必然帶來能源領域新的材料和技術的突破，具有普適的指導意義。

這項工作為科學設計優良質子傳輸材料提供了一個非常有效的策略，為質子限域傳輸和可控/可調提供了科學方法，大大加速商業化進程。該成果將促進新一代燃料電池研究和發展，對發展新能源技術具有重要科學意義和應用價值。該研究得到了國家自然科學基金委、東南大學高層次人才引進計劃資助。

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東南大學太陽能技術研究中心成立於2007年，中心主任由中國工程院院士、南京市科協主席張耀明教授擔任。在張耀明院士的帶領下，相繼成立了江蘇省太陽能技術重點實驗室以及東南大學儲能聯合研究中心。近年來，中心承接了100多項國家、省、市級項目。開展了一系列如：聚光技術、聚光太陽能電池組件技術、散熱技術、低成本高精度自動跟蹤太陽技術、光伏光熱綜合利用技術等研究，形成了具有自主智慧財產權的低倍聚光光伏發電和光伏光熱綜合利用技術，取得了一系列豐碩的科研成果。

朱斌，博士，教授，博士生導師。作為燃料電池研究方向的尖端人才，其在新型燃料電池應用和多聯產系統、半導體基燃料電池和固體電池以及能源轉化和儲存一體化研究方向取得了豐碩成果。在材料和能源等國際頂級期刊發表論文300多篇，引用8700多次，H-因子50, 連續6年（2014-至今）進入中國高被引學者榜單（Elsevier能源類），引領國際燃料電池研究發展的新方向。創立了半導體離子材料和半導體離子學以及在新一代能源領域的應用：發明了單部件無電解質燃料電池，半導體離子燃料電池，提出燃料-電能轉化的電化學物理技術路線。

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本文素材來自：東南大學官網