科学家发现可“呼吸”氧气的晶体，可改变能源、电子产品和建筑物

【中国观察2025年08月24日讯】

新发现的一种由锶、铁和钴构成的晶体可以像人类的肺一样吸收和释放氧气而不会降解。

这一突破可以通过实现实时氧气控制彻底改变燃料电池、热能设备和节能窗户。

与以前的材料不同，这种晶体在较低温度下保持稳定，使其具有商业用途。

应用包括更清洁的能源、自调节智能窗户和热晶体管，以防止电子设备过热。

研究人员现在必须提高其耐热性和可扩展性，以充分发挥其可持续技术的潜力。
想象一下，一种材料能像人类的肺一样吸入和呼出氧气，并根据指令在不同状态之间切换，同时保持完全稳定。这听起来像科幻小说？其实不然。来自韩国和日本的一组研究人员刚刚发现了一种能够做到这一点的晶体——它可能会改变我们为世界提供能源的方式。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，揭示了一种由锶、铁和钴组成的金属氧化物晶体，它可以在相对较低的温度下反复吸收和释放氧气而不会分解。这项突破性的研究由釜山国立大学的全亨真（Hyoungjeen Jeen）教授牵头，北海道大学的太田弘道（Hiromichi Ohta）教授参与撰写，为更清洁的燃料电池、更智能的热设备，甚至能够适应天气的节能窗户开辟了道路。

“这就像给水晶肺装上氧气，它可以根据指令吸入和呼出氧气，”吉恩教授说。之前的材料需要高温才能工作，或者在几次循环后就会分解，而这种材料却能保持完整，因此非常适合实际应用。

水晶如何“呼吸”以及它为何重要
这种晶体的秘密在于它能够形成并重新填充结构中被称为氧空位的微小空隙。在简单的气体环境中加热时，它会释放氧气；当重新引入氧气时，它会重新吸收氧气。这个过程完全可逆，只有钴离子会改变其状态，而铁离子则保持结构稳定。

这种氧气控制对于固体氧化物燃料电池等技术至关重要，这类技术利用氢气发电，排放极低。它还可以用于热晶体管（像电子开关一样引导热量的设备）以及根据温度调节透明度和隔热性能的智能窗户。

太田教授表示： “这是朝着实现能够实时自我调节的智能材料迈出的重要一步。” 其影响范围从清洁能源到电子产品，甚至环保建筑材料。

从燃料电池到自动调节窗户
最令人兴奋的应用之一是燃料电池，其中氧气运动是高效转化燃料为电能的关键。目前的材料通常需要极端温度，从而推高了成本。这种新型晶体可在更温和的条件下运行，有望使燃料电池更加经济实用。

然后是智能窗户。研究人员发现，当晶体释放氧气时，它会变得更加透明，并且具有抗电性，这对于能够适应阳光和热量的窗户来说是完美的组合。想象一下，一栋建筑可以自动调节色调和隔热性能，在不牺牲舒适度的情况下降低能源成本。

这种晶体还显示出热晶体管的潜力，这可能会彻底改变我们管理电子设备热量的方式。通过控制氧气流量，这些设备可以像灯泡一样打开和关闭热量，防止从计算机到工业机械等各种设备过热。

为什么这一发现引人注目
大多数能够“呼吸”氧气的材料要么快速降解，要么需要极端条件。这种晶体则不同。它在多次循环后仍能保持稳定，而且当氧气重新进入时，其结构实际上会得到改善。

Jeen教授解释说：“这一发现在两个方面令人震惊：只有钴离子被还原，而这一过程会形成一种全新但稳定的晶体结构。”混合物中的铁起到了骨架的作用，防止所有物质崩塌，而钴则承担着氧气交换的重任。

然而，仍有工作要做。该晶体存在热极限，在 932 华氏度（500 摄氏度）左右开始分解。这意味着工程师需要对其进行改进，使其能够适应高温应用。接下来的重大任务是扩大生产规模并确保其在实际条件下的稳定性。

但其潜力不容忽视。从清洁能源到智能建筑，这种“会呼吸”的晶体或许是通往更高效、更可持续未来的关键，未来材料不再只是静静地待在那里，而是能够对周围环境做出反应。

本文的资料来源包括：

ScienceDaily.com

Earth.com

IFLScience.com