传统的离子导电多层陶瓷膜的制造方法通常是繁琐的，昂贵的，并且受限于层与层之间的附着力差。

近日，中国科学院江河清摒弃了传统的制备多层陶瓷膜的方法，受土壤中有根草的构筑结构的启发，开发了一种界面反应诱导重组方法，用于制备三层陶瓷膜，包括多孔支撑层、中间母层和根植于其母层的衍生表面薄层，直接由由萤石型氧化物组成的双相陶瓷前驱体(例如，Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ或Y_0.08Zr_0.92O_2-δ)和含铁氧化物(如SrFeO_3-δ或NiFe₂O₄)。

文章要点

1）在这种方法中，有意选择与萤石型氧化物热相容的Al₂O₃作为表面蚀刻剂，可以与含铁氧化物反应生成铝酸盐。在高温下，CGO-SrFeO₃双相陶瓷球团中的表面SrFeO₃晶粒在高温下通过界面反应(如:SrFeO_3-δ + Al₂O₃→SrAl_2-xFe_xO₄ + SrAl_12-yFe_yO₁₉，∆H小于0)，被Al₂O₃选择性蚀刻，产生反应焓。界面反应释放的热量预计将增加局部温度，加速SrFeO₃的侵蚀，同时推动表面分离的CGO颗粒重新组装成致密层，将下面的SrFeO₃颗粒与表面Al₂O₃分离。从而自动切断界面反应，避免了CGO致密层的不断增厚。

2）有趣的是，原位生成的CGO表面薄层很好地扎根于其母层(即中间层)，创造了强大的层与层之间的粘附。同时，所述孔隙形成剂燃烧后形成下覆多孔层，所述孔隙形成剂在制备前驱体球团过程中故意添加。值得注意的是，这种制备三层陶瓷膜的新方法简单，只需要一个烧结步骤，其中CGO薄层与母相双相层紧密粘附，确保了多层陶瓷的结构完整性。

3）当用作化石燃料衍生氢气的透氧膜时，它在含有H₂O、CH₄、H₂、CO₂和H₂S的恶劣条件下显示出非常长的耐久性。此外，我们的方法具有高度的可扩展性，适用于多种离子导电薄层，包括Y_0.08Zr_0.92O_2-δ， Ce_0.9Sm_0.1O_2-δ和Ce_0.9Pr_0.1O_2-δ。

参考文献

Guanghu He, et al, Multilayered Ceramic Membrane with Ion Conducting Thin Layer Induced by Interface Reaction for Stable Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202210485

DOI: 10.1002/anie.202210485

https://doi.org/10.1002/anie.202210485