近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員宋月鋒等聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)教授汪國(guó)雄團(tuán)隊(duì)、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授劉美林團(tuán)隊(duì)，在固體氧化物電解池陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)研究方面取得進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)聚焦鈣鈦礦陽(yáng)極A位離子有序性對(duì)高溫陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)性能的影響，揭示了PrxBa2-xCo2O5+δ體系中離子有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變對(duì)微觀結(jié)構(gòu)及電催化性能的影響。

　　固體氧化物電解池具有電流密度高、法拉第效率高、過(guò)電勢(shì)低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是二氧化碳減排和能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)之一。鈣鈦礦氧化物是常見(jiàn)的固體氧化物電解池陽(yáng)極材料，但陽(yáng)極離子有序性對(duì)陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)速率的影響尚不明確。

　　該研究制備兩種不同鐠（Pr）含量的PrBaCo2O5+δ（PBCO-1.0）和Pr1.5Ba0.5Co2O5+δ（PBCO-1.5）陽(yáng)極材料，結(jié)合同步輻射X射線粉末衍射、高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡、X射線吸收譜和18O同位素交換實(shí)驗(yàn)等手段，剖析了A位離子有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)的電子結(jié)構(gòu)變化以及對(duì)高溫陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)動(dòng)力過(guò)程的影響。

　　研究表明，隨著Pr含量從1.0增加到1.5，PrxBa2-xCo2O5+δ晶體由有序四方相轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序正交相。這一轉(zhuǎn)變打破了鈷-氧局部配位環(huán)境的對(duì)稱性，增強(qiáng)了Co 3d與O 2p之間的軌道雜化，提升了氧離子遷移效率，加速了表面氧交換反應(yīng)速率。電化學(xué)測(cè)試表明，在800 °C、1.6 V條件下，PBCO-1.5陽(yáng)極的電流密度達(dá)2.29 A cm-2，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)性能和穩(wěn)定性。

　　上述研究從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面闡明了鈣鈦礦A位離子有序性對(duì)高溫陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)路徑和速率調(diào)控機(jī)制，為高性能固體氧化物電解池陽(yáng)極材料的理性設(shè)計(jì)提供了參考。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

鈣鈦礦陽(yáng)極A位離子有序性對(duì)高溫析氧反應(yīng)的影響機(jī)制獲揭示