7月10日，世界著名期刊《科學(xué)》（Science），刊發(fā)學(xué)術(shù)論文《電場(chǎng)誘導(dǎo)異質(zhì)界面金屬態(tài)構(gòu)建超質(zhì)子傳輸》。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院吳艷副教授為第一作者，朱斌教授和宋懷兵副研究員為共同通訊作者。這是我國(guó)科技工作者在能源領(lǐng)域取得的又一重大原創(chuàng)性研究成果。

燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電的第四種發(fā)電技術(shù)。其潔凈、高效、無(wú)污染的特點(diǎn)越來(lái)越引起關(guān)注。燃料電池技術(shù)成為國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)開發(fā)，是解決目前燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵。

長(zhǎng)期以來(lái)，提高電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的方法，是通過(guò)低價(jià)陽(yáng)離子取代高價(jià)陽(yáng)離子，如摻雜三價(jià)銥離子取代結(jié)構(gòu)的四價(jià)鋯離子，從而產(chǎn)生氧空位，進(jìn)而提高了氧離子電導(dǎo)率。但是結(jié)構(gòu)摻雜的方法，并沒有有效解決燃料電池電解質(zhì)面臨的百年挑戰(zhàn)，很大程度上阻礙了燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）燃料電池創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，一直致力于低溫、高性能燃料電池研究，聚焦高質(zhì)子電導(dǎo)率電解質(zhì)的開發(fā)，歷經(jīng)多年的不懈探索，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，首次通過(guò)半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)特性，把質(zhì)子局域于異質(zhì)界面，設(shè)計(jì)和構(gòu)造具有最低遷移勢(shì)壘的質(zhì)子通道。

設(shè)計(jì)和構(gòu)造具有最低遷移勢(shì)壘的超質(zhì)子高速通道（A,B）；獲得極其優(yōu)異的質(zhì)子電導(dǎo)率（較傳統(tǒng)釔穩(wěn)定二氧化鋯電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率提升了約3個(gè)數(shù)量級(jí)（C）;實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)燃料電池示范，在520攝氏度，輸出超過(guò)1000毫瓦/平方厘米的功率密度（D）。

在傳統(tǒng)質(zhì)子傳導(dǎo)材料里，質(zhì)子需要克服巨大的能壘，通過(guò)氧空位跳躍前行。本研究如同給質(zhì)子修建高速公路，即利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面場(chǎng)誘導(dǎo)金屬態(tài)，助推超質(zhì)子實(shí)現(xiàn)又快又好地“跑起來(lái)”，從而獲得優(yōu)異的電導(dǎo)率。這與傳統(tǒng)電解質(zhì)材料電導(dǎo)率相比，提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)，并且實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)質(zhì)子陶瓷燃料電池的示范（如上圖）。

半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)和場(chǎng)誘導(dǎo)加速離子遷移，是能源科學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的研究課題，該研究成果為優(yōu)良質(zhì)子傳輸材料和應(yīng)用，提供了創(chuàng)新思路，為質(zhì)子限域傳輸提供了科學(xué)方法，為燃料電池研發(fā)應(yīng)用插上了翅膀。該成果將促進(jìn)新一代燃料電池研究和發(fā)展，對(duì)發(fā)展能源新材料和新技術(shù)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）等多方面的支持。