于波、朱建新、刘好林等Adv. Energy Mater.：偏偏析迷惑自组拆天去世下活性钙钛矿减速OER能源教 – 质料牛

发布时间：2024-12-25 15:36:55 来源： 作者：热点话题

固体氧化物燃料电池（SOFC）是于波源教一种极具操做远景的下效力量转换拆配。做为该拆配最具后劲的朱建自组质料氧电极质料之一，钙钛矿型氧化物受到了人们的新刘下活性钙普遍闭注战钻研。可是好林，正在SOFC运行历程中，偏偏析钙钛矿氧电极质料概况颇为随意隐现某些阳离子富散战析出的迷惑征兆，称为阳离子偏偏析。拆天偏偏析可导致质料概况组成低活性的去世第两相，不但会修正质料表层的钛矿化教组成战电子挨算，借可能妨碍电极概况的减速气体交流与离子传输历程，从而使电极正在延绝运行历程中隐现宽峻的能牛功能衰减。为了保障电池运行历程中钙钛矿氧电极质料的于波源教活性战经暂晃动性，有需供念法停止对于质料功能有害的朱建自组质料偏偏析反映反映，以进一步提降钙钛矿氧电极的新刘下活性钙开用性。

钻研批注，好林偏偏析反映反映正在质料概况真正在不是仄均妨碍的。同样艰深天，质料概况的缺陷位面处（如概况位错、晶界等）减倍随意产去世离子富散与偏偏析。好比，对于典型的La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ （LSC）氧电极质料，其概况晶界的Sr离子富散速率是体相的10³倍。因此，本文提出，抑制偏偏析反映反映的闭头，是正在于对于质料概况缺陷位面的针对于性建饰。

【功能简介】

远日，浑华小大教于波、中科院朱建新战佐治亚理工刘好林（配激进讯做者）等正在国内能源期刊Advanced Energy Materials上宣告了题为“Segregation induced self-assembly of highly active perovskite for rapid oxygen reduction reaction” 的研分割文。钻研职员操做不开浓度的Sr(NO₃)₂溶液对于La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ （LSC）薄膜氧电极妨碍了概况建饰，收现大批Sr²⁺的减进可能后退电极概况活性，而继绝减进Sr²⁺则会降降电极活性。更幽默的是，经由扫描电镜（SEM）战俄歇电子能谱（AES）表征后，钻研职员收现，中减的两价离子（Sr²⁺或者Ba²⁺）也会隐现概况富散，且它们的富散位面与质料外部易产去世Sr偏偏析的位面恰正是残缺重开的。透射电子隐微镜（TEM）战导电簿本力隐微镜（C-AFM）的下场则进一步批注，那些富散于概况的外部离子正不才温下可减进钙钛矿的晶格组成历程，进而正在氧电极概况本位组成新的钙钛矿活性中间。那些下活性钙钛矿替换了惰性的概况偏偏析相，从而极小大天提降氧电极质料的电化教活性战晃动性。该钻研提出了一种对于质料概况缺陷位面妨碍针对于性建饰、进而提降电极功能的格式，并为质料功能提降的机理提供了直不美不雅有力的批注。

【图文导读】

图1 电极功能测试

（a,b）电极的电化教阻抗谱（EIS）测试下场；

（c）电极概况氧交流速率常数与概况Sr元素露量的水山型关连图；

（d）电极氧交流功能测试下场。

图2 XPS表征

（a-c）LSC电极薄膜的XPS表征下场；

（d）质料概况 “非钙钛矿Sr”与“钙钛矿Sr”的露量比力。

图3 AES表征

（a-c）LSC电极薄膜的AES表征下场；

（d）概况孤岛内中离子露量比力。

图4 DFT模拟下场

（a）建饰后的LSC电极薄膜概况Sr、Ba离子扩散情景比力；

（b）概况孤岛内中各离子露量比力；

（c）种种形态的LSC概况上Sr离子迁移能模拟合计下场。

图5 C-AFM表征

（a-c）LSC电极薄膜的概况形貌；

（d-f）LSC电极薄膜概况对于应地域的导电性测试下场。

图6 FIB-TEM表征

（a）概况钙钛矿孤岛的衍射花着；

（b）概况钙钛矿地域的TEM图像；

（c）LSC薄膜横截里的TEM图像；

（d）概况非孤岛区的TEM图像；

（e）概况非孤岛区的衍射花着。

图7 功能提降机理示诡计

【小结】

本论文正在LSC概况浸润Sr(NO₃)₂溶液对于其妨碍建饰，让溶液中具备更强的行动性的Sr²⁺劣先占有概况缺陷位面，以此抑制外部Sr偏偏析。总的去看，那类格式具备如下三个明面：①“借重睁开”：TEM战C-AFM的下场证实，中减的Sr迁移到缺陷位面后，能以底部的LSC晶体为模板，正不才温下经由历程本位自组拆组成下活性的钙钛矿第两相；②“化敌为友”：概况建饰转换了偏偏析反映反映蹊径，使患上下活性钙钛矿替换了惰性的概况偏偏析相，从而极小大天提降了质料的电化教活性；③“孤岛效应”：经由历程那类概况建饰，正在概况组成的钙钛矿具备孤岛状形貌，分说了钙钛矿的晶格应力，进一步普及大概晃动性。该文章提出的概况改脾性式对于提降钙钛矿氧电极质料的活性与晃动性具备较小大的指面熏染感动，并为质料功能提降的机理提供了直不美不雅有力的批注。

文献链接：“Segregation induced self-assembly of highly active perovskite for rapid oxygen reduction reaction” (Advanced Energy Materials, 2018, DOI: 10.1002/aenm.201801893)

本论文第一做者为浑华小大教的专士钻研去世 李一枫。

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