8月3日消息，国际研究团队在arXiv预印本平台发表论文（arXiv:2607.28752，7月30日提交），报道了Ca-Ce-Ti-Mn（CCTM）钙钛矿在两步热化学水分解制氢中的氧空位能量调控机制与材料设计规则。

聚光太阳能驱动的两步热化学水分解是可规模化生产可再生氢气的路线，但需要金属氧化物的氧空位形成能在易于还原和有利于再氧化之间取得平衡。钙钛矿固溶体可调节这一平衡，但体相化学计量比与局部缺陷能量之间的关系此前不明确。

研究团队结合第一性原理计算、覆盖约束特殊准随机结构方法（实现全部15种对称不同的氧最近邻环境）、可解释的晶体特征模型和微调的缺陷图神经网络，系统绘制了CCTM钙钛矿的氧空位形成能图谱。

核心发现：局部B位化学主导氧空位形成能Ev。改变最近邻Mn分数可使Ev偏移1.0-1.5 eV（取决于局部Ce含量），而A位Ce变化的贡献较小（0.2-0.6 eV）。短程B位阳离子有序化如果能在加工中建立并通过动力学保持，是调节氧化还原性能而不改变体相组成的候选手段。

组成空间图谱识别出一个Ce/Mn均衡区域（X_Ce=0.29-0.33, X_Mn=0.58-0.67），该区域结合了目标Ev窗口内高空位位点分数、相稳定性和溶解度。预测的氧化还原循环容量在1350°C即可匹配或超过CeO2（二氧化铈）基准——而CeO2需要约1600°C才能达到同等性能。三种CCTM组成的实验测量证实，在接近模型条件下循环容量随Ce含量单调增加。

这一成果对绿氢生产具有重要意义。两步热化学水分解的最高温度每降低100°C，反应器材料和集热系统的成本可显著下降。从约1600°C降至1350°C意味着可使用更经济的结构和反射镜材料，降低聚光太阳能热化学制氢的总体平准化成本。 （来源：arXiv）