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将二氧化碳(CO2)电解与固体氧化物电解池(SOEC)技术相结合,具有高效率、高选择性、长寿命和可扩展性的优点,已成为未来减少碳排放的主要途径之一。近年来,大量的研究工作致力于开发有前景的电极材料,并对SOEC中CO2电解的反应机理进行深入探究,为可持续发展和低碳未来注入活力。 其中,析出型钙钛矿(P-eNs)由于钙钛矿氧化物的混合导体特性和析出纳米粒子的高催化活性和热稳定性,已成为最具前景的电极材料之一。近年来,人们在调控表面析出颗粒的尺寸、分布密度和成分方面做了巨大努力,从而提高了钙钛矿的催化活性。然而,对于扩展反应位点和负载高活性纳米颗粒的钙钛矿基底却受到相对较少的关注。值得注意的是,促进纳米粒子析出的同时会消耗钙钛矿基底结构,持续的B位阳离子和晶格氧的剥离会导致结构重构,甚至在析出超过临界阈值的情况下发生不可控的相变。这极大地限制了对析出促进型钙钛矿材料中异质结构的充分利用,同时也限制了我们对钙钛矿骨架相变如何影响P-eNs催化性能的理解。 近日,加拿大阿尔伯塔大学和深圳大学Jing-Li Luo课题组确定了一套控制钙钛矿Sr2Fe1.2Ni0.3Mo0.5O6-δ (SFN3M)的基底相变程度而不牺牲的表面析出的策略。特别是,通过B位补充策略打破了促进纳米颗粒析出和保留主体钙钛矿相结构之间的权衡关系,从而拓宽了析出促进型钙钛矿材料的设计范围。以CO2电解为例,作者证明了通过调节钙钛矿基底的相结构可以选择性地提高P-eNs的催化活性和稳定性。通过实验和理论结果的结合,作者揭示了钙钛矿骨架的相结构在优化表面化学环境、加强表面-基底内部相互作用方面起着关键作用,从而主导了在外加电压下的阴极动力学,甚至改变了反应的限速步骤。此外,作者提出了两个结构因素:钙钛矿骨架的结构稳定性和基底中易还原的B位阳离子的浓度,用于预测用于CO2电解的P-eNs的稳健性。这些结果强调了钙钛矿基底的相结构在P-eNs上发生的催化反应中的关键作用。本工作所介绍的相结构调控概念有望为设计先进的析出促进型P-eNs材料铺平道路,并有助于揭示在P-eNs上进行的广泛催化化学反应。
论文信息 Phase Transition Engineering of Host Perovskite toward Optimal Exsolution-facilitated Catalysts for Carbon Dioxide Electrolysis Bo-Wen Zhang, Meng-Nan Zhu, Min-Rui Gao, Jian Chen, Xiuan Xi, Jing Shen, Ren-Fei Feng, Natalia Semagina, Nanqi Duan, Hongbo Zeng, Jing-Li Luo Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202305552
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