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          我所提出界面修飾鈣鈦礦同時增強析氧反應活性和穩定性的新策略

            近日,我所無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員和朱凱月副研究員團隊在電催化析氧反應方面取得重要進展,發展了一種冷凍抑制新策略,解決碳修飾過程中鈣鈦礦結構易破壞問題,首次實現在鈣鈦礦(Sr2Fe1.3Ni0.2Mo0.5O6-δ,SFNM)表面同時脫溶出合金納米粒子和均勻包覆碳層。該催化劑用于堿性體系催化析氧反應(OER),表現出顯著增強的活性和長期穩定性。 

            

            OER是可充電鋅空氣電池和電解水制氫的核心反應,因涉及四電子轉移過程,反應勢壘高(動力學緩慢),限制了體系的能量轉化效率。開發高性能OER電催化劑對于降低勢壘、加快反應動力學從而降低能耗具有重要意義。由于鈣鈦礦氧化物(ABO3)本征活性較高、成本低、結構組分調變能力靈活以及具有可大規模制備等優點,被認為是理想的OER電催化劑。然而,其電導率低和穩定性差的缺點使其應用受到限制。 

            為此,研究團隊一直致力于開發低成本且高性能的鈣鈦礦基OER催化劑。在前期相關工作的基礎上(J. Energy Chem.,2022;Nano Energy ,2020;Angew. Chem. Int. Ed.,2019;ACS Energy Lett.,2017;J. Mater. Chem. A,2017),本工作中首次提出界面修飾鈣鈦礦的新策略,在SFNM(作為模型材料)表面脫溶出Fe3Ni合金并包覆均勻碳層(厚度約7 nm)。理論計算表明,脫溶析出的高活性金屬合金以及合金與碳層之間的強相互作用(內建電場)顯著提升了析氧活性,超過了商業化標準的RuO2。在10 mA cm-2下,與初始催化劑相比,界面修飾后的鈣鈦礦催化劑過電勢降低~0.1 V;另一方面,憑借碳層的保護作用,催化劑的抗腐蝕能力有效提升,表現出優異的長期穩定性。 

            上述工作以“Interface modulation of perovskite oxides to simultaneously enhance the activity and stability toward oxygen evolution reaction”為題,于近日發表在Chemical Engineering Journal上。該工作的第一作者是我所504組王正森和大連理工大學吳濤副研究員。上述工作得到了中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”項目和我所創新基金的資助。(文/圖 朱凱月、王正森) 

            文章鏈接: 

            https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722063094 

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