【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，我所能源催化轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組(523組)宋月鋒副研究員等，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)汪國(guó)雄教授團(tuán)隊(duì)、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院劉美林院士團(tuán)隊(duì)，在固體氧化物電解池(SOEC)陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)(OER)方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)聚焦鈣鈦礦陽(yáng)極A位離子有序性對(duì)高溫OER性能的影響，系統(tǒng)揭示了PrxBa2-xCo2O5+δ體系中離子有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變對(duì)微觀結(jié)構(gòu)及電催化性能的影響。
 

　　SOEC具有電流密度高、法拉第效率高、過(guò)電勢(shì)低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是二氧化碳(CO2)減排和能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)之一。鈣鈦礦氧化物是常見(jiàn)的SOEC陽(yáng)極材料，然而，陽(yáng)極離子有序性對(duì)OER反應(yīng)速率的影響尚不明確。
 

 

　　在本工作中，科研人員通過(guò)制備兩種不同鐠(Pr)含量的PrBaCo2O5+δ(PBCO-1.0)和Pr1.5Ba0.5Co2O5+δ(PBCO-1.5)陽(yáng)極材料，結(jié)合同步輻射X射線粉末衍射(SXRPD)、高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)、X射線吸收譜(XAS)及18O同位素交換實(shí)驗(yàn)等多種手段，深入剖析了A位離子有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)的電子結(jié)構(gòu)變化及對(duì)高溫OER動(dòng)力過(guò)程的影響。
 

　　研究表明，隨著Pr含量從1.0增加到1.5，PrxBa2-xCo2O5+δ晶體由有序四方相(P4/mmm)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序正交相(Pnma)。這一轉(zhuǎn)變打破了鈷-氧(Co-O)局部配位環(huán)境的對(duì)稱性，增強(qiáng)了Co 3d與O 2p之間的軌道雜化，從而提升了氧離子遷移效率，并加速了表面氧交換反應(yīng)速率。電化學(xué)測(cè)試表明，在800 °C、1.6 V條件下，PBCO-1.5陽(yáng)極的電流密度達(dá)到2.29 A cm-2，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫OER性能和穩(wěn)定性。
 

　　該研究從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面闡明了鈣鈦礦A位離子有序性對(duì)高溫OER反應(yīng)路徑和速率調(diào)控機(jī)制，同時(shí)為高性能SOEC陽(yáng)極材料的理性設(shè)計(jì)提供了參考。
 

　　相關(guān)成果以“Breaking the Ion Ordering in Perovskite Anode for Enhanced High-Temperature Oxygen Evolution Reaction Activity”為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上。該工作的共同第一作者是523組博士后于麗娜和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院博士研究生胡學(xué)禹。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 于麗娜)