基于此,南京信息工程大学卜云飞、卢千和科廷大学邵宗平、南方科技大学叶财超等提出了一个涉及质子受体的晶格氧机制,以克服锌-空气电池在OER过程中的不良行为。具体而言,研究人员以四乙氧基硅烷为硅源,采用一步溶出法在PrBa0.5Ca0.5Co2O5+δ(PBCC)钙钛矿纳米纤维表面引入稳定的BaCaSiO4(BCS)纳米颗粒。实验结果表明,所得到的BCS-PBCC在1.0 M KOH中仅需300 mV的OER过电位就能产生10 mA cm-2的电流密度,起始电位也低至1.45 V。同时,Si的掺杂量也显著影响Tafel斜率,Tafel斜率随掺Si量的增加而减小,这表明BCS克服了OER过程中的去质子化障碍。此外,密度泛函理论(DFT)计算表明,引入BCS后,O 2p能带中心向费米能级方向移动,促进了晶格氧的释放,有利于LOM的形成。BCS在M2位点的独特羟基-硅构型(OH-Si-O-Ca2+/Ba2+-O-Si-OH)极大地加速了PBCC钙钛矿(M1位)表面的OH*去质子化过程,降低了质子转移过渡态的自由能。作为概念验证,研究人员用BCS-PBCC组装的锌-空气电池在50 mA cm-2下的充电电压为1.93 V,在5 mA cm-2下的充放电电压保持稳定超过150小时。综上,该项研究提供了一种可扩展的方法来开发具有质子受体构型的高效OER电催化剂,并为设计用于可充电锌-空气电池和水分解装置的高效OER电催化剂提供了指导。Accelerated deprotonation with a hydroxy-silicon alkali solid for rechargeable zinc-air batteries. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-42728-y
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