Учёные создали кристалл, который «дышит» кислородом

Схематическое изображение процесса «дыхания» кислородом в новом кристалле SrFe_0.5Co_0.5O_2.5. Учёные разработали особый тип кристалла, способного поглощать и выделять кислород, что может быть использовано в чистых энергетических технологиях и электронике нового поколения. Автор: профессор Хёнджин Джин из Национального университета Пусан, Корея.

Группа учёных из Кореи и Японии обнаружила новый тип кристалла, который может «дышать» — многократно выделять и поглощать кислород при относительно низких температурах. Эта уникальная способность может изменить подход к разработке чистых энергетических технологий, включая топливные элементы, энергосберегающие окна и умные термоустройства.

Новый материал представляет собой особый вид оксида металла, состоящего из стронция, железа и кобальта. Его уникальность заключается в том, что он может выделять кислород при нагревании в простой газовой среде, а затем поглощать его обратно, не разрушаясь. Этот процесс можно повторять многократно, что делает материал идеальным для практического применения.

Исследование возглавил профессор Хёнджин Джин из Департамента физики Национального университета Пусан (Корея), а соавтором выступил профессор Хиромичи Ота из Научно-исследовательского института электроники Университета Хоккайдо (Япония). Их результаты были опубликованы в журнале Nature Communications 15 августа 2025 года.

«Это как если бы у кристалла появились лёгкие, и он мог бы вдыхать и выдыхать кислород по команде», — говорит профессор Джин.

Контроль над кислородом в материалах крайне важен для таких технологий, как твердооксидные топливные элементы, которые производят электричество из водорода с минимальными выбросами. Он также играет роль в термотранзисторах — устройствах, способных направлять тепло подобно электрическим переключателям, — и в умных окнах, регулирующих теплопередачу в зависимости от погоды.

Кристалл, способный «дышать» кислородом, для разработки умных окон. (Слева) SrFe_0.5Co_0.5O_2.5 с поглощённым кислородом и (справа) SrFe_0.5Co_0.5O_2.25 с выделенным кислородом. Визуально подтверждено увеличение прозрачности при восстановлении. Автор: профессор Хёнджин Джин из Национального университета Пусан, Корея.

До сих пор большинство материалов, способных контролировать кислород, были слишком хрупкими или работали только в экстремальных условиях, например при очень высоких температурах. Новый материал функционирует в более мягких условиях и остаётся стабильным. «Это открытие поразительно в двух аспектах: восстанавливаются только ионы кобальта, а процесс приводит к образованию совершенно новой, но стабильной кристаллической структуры», — объясняет профессор Джин.

Исследователи также показали, что материал может вернуться к исходной форме при повторном введении кислорода, что доказывает полную обратимость процесса. «Это важный шаг на пути к созданию умных материалов, способных адаптироваться в реальном времени», — говорит профессор Ота. «Потенциальные применения варьируются от чистой энергетики до электроники и даже экологичных строительных материалов».

Подробнее: Joonhyuk Lee et al, Selective reduction in epitaxial SrFe_0.5Co_0.5O_2.5 and its reversibility, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62612-1. www.nature.com/articles/s41467-025-62612-1

Источник: Университет Хоккайдо