汪国雄/宋月锋Angew.：剖幽析微！揭示钙钛矿氧化物离子排序对高温OER反应的影响

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由于过度使用化石燃料而导致的过度CO2排放造成了严重的气候问题，这迫切需要开发CO2转化和利用的技术。固体氧化物电解池(SOEC)一种高效的能量转换装置，它可以将CO2转化为高附加值的化学品，同时将可再生电能转化为化学能进行储存。SOECs中CO2电解可分为两个半反应：阴极上的CO2还原反应和阳极上的析氧反应(OER)。然而，阳极上OER动力学缓慢，同时，由于在高电流密度下，阳极极化会影响SOECs的总电解效率，因此，筛选先进的高温OER阳极材料对提高SOEC性能至关重要。



基于此，中科院大连化物所汪国雄和宋月锋等制备了具有不同离子顺序的钙钛矿PrBaCo2−xFexO5+δ(PBCFx，x=0，0.5和1，分别标记为PBC、PBCF31和PBCF22)作为SOEC阳极，并揭示了钙钛矿中离子顺序对高温OER活性的影响。
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物理化学和电化学表征以及密度泛函理论(DFT)计算表明，与无序的PBCF22相比，双钙钛矿PBC和PBCF31的A位阳离子有序促进了Pr-O平面氧空位的形成，加速了高温下的OER动力学。
然而，PBCF31中的氧空位有序阻碍了氧在阳极极化条件下的体迁移和表面输运。降低了OER活性。因此，A位阳离子有序促进了氧的体迁移和表面转运能力以及OER活性，而氧空位有序削弱了OER活性。
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研究人员制备了具有PBCFx阳极和La0.6Sr0.4FeO3−δ-Sm0.2Ce0.8O2−δ(LSF-SDC)阴极的SOECs，并在800°C下进行了测试。与A位无序的PBCF22和氧空位有序的PBCF31相比，A位有序和氧空位无序的PBC阳极表现出优异的OER性能，其在2.0 V的电流密度高达3.40 A cm−2。
此外，PBC阳极在1.2 V下连续运行200 h后性能仅发生轻微下降，表明具有PBC阳极的SOEC具有较高的电解性能和优异的稳定性。总的来说，该项工作揭示了钙钛矿中微观结构顺序对高温OER动力学的影响，并为先进的SOEC阳极材料的设计提供了指导。
Tailoring Ion Ordering in Perovskite Oxide for High-Temperature Oxygen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202307057





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