神奈川大学化学生命学部的本桥辉树教授等人的研究团队，通过与京都大学复合原子能科学研究所的南部雄亮特定教授、近畿大学理工学部的杉本邦久教授、Zi Lang Goo研究员（研究当时）、九州大学研究生院工学研究院的林克郎教授、稻田干副教授、日本国立研究开发法人物质材料研究机构（NIMS）材料基础研究中心的木本浩司主任、澳大利亚原子能科学技术机构（ANSTO）的Maxim Avdeev博士的共同研究，发现了一种具有卓越热稳定性的锶镓氧氢氧化物。这种化合物通过自主研发的气相羟基化反应合成获得，通过运用电子显微镜、X射线衍射、中子衍射、红外光谱的尖端分析，明确了其详细晶体结构及对高热稳定性做出贡献的氢键的存在。这一成果加速了（氧）氢氧化物的开发研究，有望为创制可应用于燃料电池和固体酸催化剂等领域的革新性质子功能性材料提供助力。相关研究成果已发表在期刊《Inorganic Chemistry》上。
图1.热稳定性优异的锶镓氧氢氧化物及新型质子功能性材料的应用拓展（供图：神奈川大学）
晶体结构中含由水分子衍生的氢氧根离子（OH-）的金属（氧）氢氧化物，是一类蕴含大量质子（H+）源的化合物群。由于质子参与的功能性材料中，固体酸催化剂及质子导体等重要物质众多，因此亟需开发出新的（氧）氢氧化物的制造方法。
研究团队运用自主研发的气相羟基化反应（命名为vapor hydroxidation），发现了新型氧氢氧化物Sr₂Ga₃O₆(OH)。在该合成法中，采用了自主设计的反应装置，通过高温、高浓度水蒸气对金属氧化物直接进行羟基化。其典型反应条件为500℃以上、水蒸气体积分数80%，与传统合成法存在显著差异。这种水蒸气浓度是室温饱和水蒸气的30倍以上（湿度3000%），可针对性地发现仅在高温高浓度水蒸气气氛中稳定存在的新材料。其关键在于，一般情况下，（氧）氢氧化物在300℃左右会释放水分子，因此在500℃以上高温下尝试物质合成曾被视为违背常识，此前并无先例。
通过电子显微镜、X射线衍射、中子衍射分析，研究明确该物质具有锶（Sr）与镓（Ga）呈六边形排列的结构，且其中包含的OH-偏聚于两个锶原子之间的狭窄空间内。进一步研究表明，该物质作为（氧）氢氧化物具有独特稳定性，可将OH-保留在晶体结构中直至约850℃。详细的红外光谱测定结果提示，晶体结构中形成的多个氢键对该化合物的热稳定性起到了关键作用。
气相羟基化反应对探索新型（氧）氢氧化物极为有效。通过该方法能够以良好的再现性获得高结晶性产物，因此可以对化学组成与晶体结构进行精密表征。事实上，研究团队已成功合成了多种新型氧氢氧化物。该成果有望在（氧）氢氧化物作为潜在质子功能性材料的开发领域，以及在高温环境下也能使用的固体酸催化剂、质子导体等革新性质子功能性材料的创制领域，推动重要进展。
本桥教授表示：“气相羟基化反应是一种自主研发的、在高温、高浓度水蒸气中对（氧）氢氧化物进行热处理的合成法。目前市面上已经有作为厨具在售的水蒸气加热烤箱，而通过堪称为‘陶瓷的水蒸气加热烹饪’的本方法，新物质正在陆续被发现。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Inorganic Chemistry
论文：A Sr-Ga Oxy-Hydroxide with High Thermal Stability: Unraveling Its Characteristic Hydrogen-Bond Network
URL：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.5c02586
