近日，中國科學(xué)大連化學(xué)物理研究所無機(jī)膜與催化新材料研究組研究員楊維慎和副研究員朱凱月團(tuán)隊(duì)在電催化析氧反應(yīng)方面取得重要進(jìn)展，發(fā)展了一種冷凍抑制新策略，解決碳修飾過程中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)易破壞問題，首次實(shí)現(xiàn)在鈣鈦礦（Sr2Fe1.3Ni0.2Mo0.5O6- ，SFNM）表面同時(shí)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(yīng)（OER），表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的活性和長期穩(wěn)定性。
大連化物所提出界面修飾鈣鈦礦同時(shí)增強(qiáng)析氧反應(yīng)活性和穩(wěn)定性的新策略
OER是可充電鋅空氣電池和電解水制氫的核心反應(yīng)，因涉及四電子轉(zhuǎn)移過程，反應(yīng)勢壘高（動(dòng)力學(xué)緩慢），限制了體系的能量轉(zhuǎn)化效率。開發(fā)高性能OER電催化劑對(duì)于降低勢壘、加快反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)組分調(diào)變能力靈活以及具有可大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的OER電催化劑。然而，其電導(dǎo)率低和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到限制。
為此，研究團(tuán)隊(duì)一直致力于開發(fā)低成本且高性能的鈣鈦礦基OER催化劑。在前期相關(guān)工作的基礎(chǔ)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(jì)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(qiáng)相互作用（內(nèi)建電場）顯著提升了析氧活性，超過了商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)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(hù)作用，催化劑的抗腐蝕能力有效提升，表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)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(fā)表在Chemical Engineering Journal上。該工作的第一作者是大連化物所王正森和大連理工大學(xué)吳濤副研究員。上述工作得到了中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”項(xiàng)目和大連化物所創(chuàng)新基金的資助。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722063094
