Hidruros de perovskita, cuya estructura molecular contiene aniones de hidrógeno (H ⁻ ), atraen especial atención por sus propiedades derivadas del hidrógeno. Muchos expertos creen que estos compuestos podrían ser clave en el estudio y desarrollo de tecnologías de almacenamiento de hidrógeno, como pilas de combustible y baterías de próxima generación, así como cables superconductores que ahorran energía.

Aunque los hidruros de perovskita representan una plataforma única para la ciencia de materiales aplicada, caracterizar sus propiedades físicas ha resultado un desafío. En particular, medir la H ^- La conductividad de estos materiales cristalinos no es sencilla. En la mayoría de los estudios, los investigadores utilizan muestras en polvo en sus análisis de caracterización, lo que significa que H ⁻ la conducción se ve afectada por las irregularidades ("límites de grano") en los cristales.

Para obtener valores verdaderos para el H ⁻ intrínseco conductividad de una perovskita dada, es necesario producir un monocristal uniforme y continuo con la menor cantidad de imperfecciones posible. Para los hidruros de perovskita ternarios complejos, lograr esto es difícil y muy pocos grupos de investigación lo han intentado.

En un estudio reciente publicado en ACS Applied Energy Materials El 8 de abril de 2024, un equipo de investigadores, incluida la estudiante de doctorado Erika Fukushi del Departamento de Sistemas Ambientales Regionales de la Escuela de Graduados en Ingeniería y Ciencias del Instituto de Tecnología Shibaura (SIT), Japón, decidió enfrentar el desafío. /P>

Utilizando un enfoque innovador para producir monocristales de alta calidad, el equipo realizó algunas de las primeras mediciones de conducción intrínseca en hidruros de perovskita ternarios. Este trabajo es coautor de Fumiya Mori, Kota Munefusa e Hiroyuki Oguchi de SIT y Takayuki Harada del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales.

Para producir monocristales de perovskita, los investigadores desarrollaron y fueron pioneros en un poderoso método llamado "deposición láser infrarroja reactiva de radicales H". Este enfoque implica hacer brillar un láser infrarrojo sobre una pastilla giratoria en forma de disco que contiene los átomos metálicos de la perovskita deseada.

En su estudio, los investigadores querían producir MLiH₃ (donde M es Sr o Ba) y, por lo tanto, el gránulo estaba hecho de una mezcla toscamente comprimida de MH₂ y polvos de LiH. A medida que el láser calentaba esta pastilla, los metales se liberaban a una atmósfera circundante rica en radicales H, obtenidos inyectando hidrógeno en la cámara de reacción a través de un filamento de tungsteno calentado.

Cerca del pellet había un sustrato cuidadosamente seleccionado, sobre el cual el hidrógeno y los metales se combinaban espontáneamente para formar la perovskita deseada. A medida que los átomos comenzaron a acumularse sobre el sustrato, espontáneamente se organizaron y alinearon de manera consistente con las capas cristalinas debajo de ellos. Esto provocó el crecimiento epitaxial de una nanopelícula en el sustrato.

"Nuestro enfoque es único en su capacidad para realizar la deposición en una atmósfera de hidrógeno radical, promoviendo significativamente la reacción entre el metal y el hidrógeno", explica Fukushi. "Esto da como resultado la síntesis de películas delgadas de hidruro monofásico mediante la hidrogenación total de los átomos metálicos que naturalmente tienden a persistir en la película".

Los investigadores realizaron múltiples deposiciones con láser en diversas condiciones y caracterizaron minuciosamente las finas películas resultantes. Utilizando muchas técnicas avanzadas, incluida la difracción de rayos X, la microscopía de fuerza atómica y la microscopía electrónica de barrido, determinaron la distribución elemental y la cristalinidad de cada una de las películas. De esta manera, determinaron las condiciones óptimas en su configuración experimental para cultivar MLiH₃ monocristalino y bien ordenado. .

Después de confirmar la ausencia de límites de grano en las películas, el equipo finalmente pudo realizar H ⁻ mediciones de conductividad. Cabe destacar que estas fueron las primeras mediciones de la H ⁻ intrínseca. conductividad de estos cristales, una información crucial para seleccionar materiales en muchas aplicaciones relacionadas con el hidrógeno.

"Se pueden desarrollar nuevas baterías secundarias y pilas de combustible utilizando la conducción de iones de hidruro", comenta Fukushi. "Estas tecnologías podrían fomentar la difusión de los vehículos eléctricos y las energías renovables y, en última instancia, contribuir a la construcción de una sociedad sostenible que ahorre energía".