金属氧化物矿物

【研究背景】电催化是能源转换和减排的关键技术，因其在可再生能源的高效利用中成为研究热点。然而，当前电催化剂的性能和成本仍然存在显著挑战，尤其是在催化机制的理解和实际应用方面。为了应对这些问题，新加坡南洋理工大学Xiong Wen (David) Lou教授团队深入探讨了钙钛矿氧化物作为电催化剂的潜力，研究其在氢生成反应（HER）、氧生成反应（OER）和氧还原反应（ORR）等关键反应中的机制。在研究中，发现钙钛矿氧化物因其可调的组成和结构，展现出良好的催化活性和稳定性。这些研究不仅揭示了钙钛矿氧化物的反应机制，还总结了影响其催化活性的关键因素。此外，科学家们应用了多种先进的表征技术，以深入理解催化过程中的结构演变。综述的结果显示，尽管钙钛矿氧化物在电催化领域取得了显著进展，但仍需解决催化剂设计中的复杂性和实际应用中的低效性。因此，未来的研究应致力于结合理论计算和实验表征，优化钙钛矿氧化物的催化性能，为可持续能源技术的发展提供新的路径。【表征解读】本文通过多种先进的表征手段深入探讨了钙钛矿氧化物的电催化机制。首先，利用X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收光谱（XAS）等仪器，作者发现了钙钛矿氧化物在电催化反应过程中表面化学状态的变化，从而揭示了其催化活性与表面组成之间的密切关系。通过对氧气演化反应（OER）过程的研究，作者特别关注了钙钛矿氧化物在反应前后的表面结构演变，发现在OER过程中表面会出现一定程度的浸出和重构现象。针对钙钛矿氧化物在氧还原反应（ORR）中的特殊表现，作者通过原位拉曼光谱表征了其微观机理，得到了在反应过程中氧化物表面活性位点的动态变化。这一发现深入挖掘了钙钛矿氧化物的催化特性，指出了其反应机制中的关键步骤，如吸附、反应中间体的生成及最终产物的释放。在此基础上，作者通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）对钙钛矿氧化物的形貌及微观结构进行了细致观察，结果显示高质量的多晶颗粒具有优异的催化性能，进一步证明了其结构与性能之间的关联性。同时，结合高通量理论计算，作者能够预测不同金属元素的B位对催化性能的影响，从而为材料的设计提供了重要依据。总之，经过XPS、XAS、拉曼光谱、TEM和SEM等多种表征手段的综合分析，作者深入理解了钙钛矿氧化物在电催化中的行为，进而开发了新型钙钛矿氧化物材料。这些新材料展示了在氧气和氢气演化反应中的潜在应用，最终推动了电催化技术的进步，尤其是在可再生能源的高效利用和存储方面的应用。通过这项研究，作者为钙钛矿氧化物的电催化剂设计提供了新的视角和方法，促进了电催化领域的进一步发展。【图文解读】图1. 电催化的前景。图2. 电催化中钙钛矿氧化物的示意图。图3. 钙钛矿氧化物的氧气演化反应机制。图4. 影响钙钛矿氧化物氧气演化反应的关键因素。图5. 钙钛矿氧化物在氧还原反应中的应用。图6. 钙钛矿氧化物在氢气演化反应中的应用。图7. 钙钛矿氧化物在其他反应中的应用。图8. 钙钛矿氧化物的表征和研究框架。【科学启迪】本文提供了对钙钛矿氧化物在电催化反应中的应用及其机制的深入分析，揭示了影响催化活性的多个关键因素。这些发现强调了钙钛矿氧化物的组成和结构可调性，使其在多种反应中展现出良好的催化性能，特别是在氧演化反应（OER）、氢演化反应（HER）和氧还原反应（ORR）中。这一特性不仅为设计高效的电催化剂提供了新思路，也为材料科学领域带来了启示，推动了催化剂开发的进程。此外，本文提出了先进的表征技术和研究框架，有助于系统性地理解催化机制，促进理论计算与实验研究的结合。这种方法论的创新使得研究者能够更精准地探索催化反应的本质，从而设计出更具商业价值的催化剂。总体而言，钙钛矿氧化物的研究不仅促进了可再生能源的应用，也为应对全球能源和环境挑战提供了新的解决方案，具有重要的科学意义和应用前景。这些启示将引导未来在电催化和相关领域的研究，推动绿色技术的发展。参考文献：Jia-Wei Zhao et al. ,Structural evolution and catalytic mechanisms of perovskite oxides in electrocatalysis.Sci. Adv.10,eadq4696(2024).DOI:10.1126/sciadv.adq4696

【研究背景】金属氧化物是一类重要的陶瓷材料，由金属阳离子和氧阴离子组成，因其广泛应用于现代电子、传感器和能源技术等领域而备受关注。与传统的无机绝缘材料相比，金属氧化物具有更优越的电学和热学性能，如高介电常数和优异的热稳定性。然而，这些材料在获取均匀薄膜和调节厚度方面仍存在困难，尤其是在工业应用中如何实现高性能和低成本的量产，因此带来了新的挑战。近日，来自北京大学刘磊课题组的研究团队在金属氧化物的研究中取得了新进展。该团队设计并制备了一种新型的泡沫剥离工艺，用于获得绝缘非晶金属氧化物（AMOs）和晶态金属氧化物（CMOs）的超薄薄片。通过将金属盐的分解与水辅助泡沫结合，该方法成功实现了大尺寸二维片层的形成，并在胶带剥离过程中保持了长程均匀的断裂，最终获得了可转移的自由悬挂薄片。利用这种新型剥离工艺，研究人员显著提高了AMO和CMO薄片的性能，成功获取了薄片的均匀厚度和优异的电学特性。这一成果不仅为金属氧化物在二维材料异质结构中的应用奠定了基础，还为新型电子器件和高性能功能材料的开发提供了新的思路和方法。【表征解读】本文通过多种先进仪器和表征手段，深入研究了AMO和CMO薄片的性质及其微观机理。首先，通过微CT技术对多孔泡沫进行表征，作者揭示了泡沫结构的细致特征，特别是其孔隙率和分布情况。这一发现为后续研究提供了基础数据，帮助作者理解材料的力学性能和电气特性。在对AMO和CMO薄片的成分和状态进行分析时，X射线光电子能谱（XPS）作为主要表征工具，准确测定了薄片中元素的化学状态和组成。通过对XPS谱图的解读，作者揭示了材料的化学环境和表面特性，发现了与传统材料相比，AMO和CMO在电导性和介电性上的显著改善。针对薄片中存在的电性现象，作者通过原子力显微镜（AFM）进行微观形貌和厚度的测量，得到了AMO和CMO薄片的准确厚度和表面平整度。这些数据为理解材料的电子特性提供了关键支持。结合施加的电压和频率，进一步通过压电力显微镜（PFM）测量了域开关行为，揭示了材料在电场作用下的极化行为，从而探索了其在电气器件中的应用潜力。此外，通过能量色散光谱（EDS）和透射电子显微镜（TEM）的结合，作者深入分析了AMO和CMO薄片的微观结构。EDS提供了元素分布的信息，而TEM则展示了薄片的晶体结构。这些表征结果表明，AMO和CMO薄片具有优异的晶体质量和均匀的组成，进而为它们在电子器件中的应用奠定了基础。在此基础上，通过X射线衍射（XRD）技术，作者系统研究了薄片的晶相特征，发现其具有优良的结晶性，这对于提升器件性能至关重要。借助拉曼光谱，作者进一步确认了材料的单层特性，这一发现对提升器件的载流子迁移率和开关特性起到了重要作用。总之，经过以上多种表征手段的综合应用，作者深入分析了AMO和CMO薄片的微观结构及其电气特性，进而成功制备出新型的高性能材料。这一进展不仅推动了AMO和CMO在柔性电子器件领域的应用发展，也为未来相关材料的研究提供了新的思路和方法。通过对材料性能的深刻理解，作者期待能够进一步拓展其在各类新兴技术中的应用，推动整个领域的进步。通过泡沫剥离法制备AMO薄片参考文献：Li, R., Yao, Z., Li, Z. et al. Mechanical exfoliation of non-layered metal oxides into ultrathin flakes. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00657-8

人民政协网北京8月16日电（记者 王硕）记者16日从中国地质调查局获悉，由我国科研人员发现、命名并申报的新矿物“氟碳钙钕矿”以及“菊兴铜矿”近日分别获得国际矿物学协会-新矿物命名及分类委员会批准通过，这意味着我国科研人员发现两种新矿物。其中，氟碳钙钕矿由国家地质实验测试中心范晨子研究员联合中国地质科学院矿产资源研究所、中南大学等单位科研人员发现于内蒙古白云鄂博矿。它的发现对丰富稀土氟碳酸盐矿物学基础理论知识，认识白云鄂博稀土元素赋存状态和替代机制，了解矿床的形成与演变、元素赋存状态、元素迁移、富集机制等具有重要的意义。内蒙古白云鄂博矿是世界最大的稀土矿床，也是我国矿物资源的宝库，迄今已发现210余种矿物，在我国新矿物发现地中占据首要位置。此次发现的氟碳钙钕矿是在该矿床发现的第21种新矿物。钕作为当今稀土元素家族中的佼佼者，对促进稀土在永磁材料、激光材料等高新技术领域中的应用，发挥着极为重要的作用。此次新发现的氟碳钙钕矿属于钙稀土氟碳酸盐系列矿物，是常见的稀土矿物氟碳钙铈矿的富钕类似矿物，也是钕资源的重要矿物原料。氟碳钙钕矿呈黄褐色至褐色，与方解石、萤石、霓石、钠闪石、磁铁矿等矿物共生，钕氧化物平均含量约为30%，稀土氧化物平均含量约为60%，且具有多型、体衍交生等复杂晶体微结构特征。菊兴铜矿由中国地质科学院矿产资源研究所顾枫华助理研究员、中国地质大学（北京）章永梅副教授，联合江西应用科技学院/中南大学谷湘平教授和核工业地质研究院范光研究员等发现于西藏甲玛世界级斑岩-矽卡岩型巨型铜多金属矿床中。初步研究表明，菊兴铜矿是一种重要的载金载银矿物，结构复杂，其形成与中高温热液贵金属矿化密切相关。该矿物的发现不仅为硫化物矿物家族增添了新的一员，而且对于研究斑岩-矽卡岩型矿床的成矿物理化学条件与成矿作用过程具有重要的科学意义。菊兴铜矿主要产出于下白垩统林布宗组与中新世斑岩接触带形成的矽卡岩型铜多金属矿体中，共伴生金属矿物主要包括黄铜矿、方铅矿、辉钼矿、黄铁矿、蓝辉铜矿、辉铜矿，以及少量金-银矿物和含铋矿物（如硫铋铜矿）。该新矿物常在斑铜矿中呈固溶体产出，粒径多变化于数至100微米之间。菊兴铜矿为复杂金属硫化物，不透明，具金属光泽；反射色为浅黄白色，均质性，无双反射和反射多色性；其晶体结构由硫、 硫-铋原子层和不同比例空位的铜-铁原子层组成，与斑铜矿、黄铜矿的结构存在联系。