近日，我所能源催化轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組（523組）宋月鋒副研究員等，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)汪國(guó)雄教授團(tuán)隊(duì)、大連工業(yè)大學(xué)安慶大教授團(tuán)隊(duì)，在固體氧化物電解池（SOEC）陽(yáng)極高溫析氧反應(yīng)（OER）性能調(diào)控方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控陽(yáng)極材料表面電子結(jié)構(gòu)，提升了高溫OER活性與穩(wěn)定性。
SOEC高溫電解二氧化碳（CO2）是一種前景廣闊的碳資源化技術(shù)，具有過(guò)電位低、電流密度高和能效高等優(yōu)勢(shì)，受到能源與環(huán)境領(lǐng)域科研人員的廣泛關(guān)注。其中，OER作為陽(yáng)極關(guān)鍵限速步驟，其反應(yīng)主要集中發(fā)生在電極表面。因此，通過(guò)調(diào)控陽(yáng)極表面電子結(jié)構(gòu)來(lái)提升晶格氧活性和電荷傳輸能力，是提高SOEC整體性能的關(guān)鍵策略。
本研究通過(guò)高溫自分散方法將鋇（Ba）元素分散于Pr0.9CoO3?δ陽(yáng)極表面，制備了具有氧化鋇（BaO）納米顆粒負(fù)載的PrBaCo2O5+δ-Pr0.9CoO3?δ活性表界面結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，Ba元素的引入可使陽(yáng)極O 2p帶中心向費(fèi)米能級(jí)上移，提升鈷（Co）元素價(jià)態(tài)，從而降低最小電子躍遷能量，加快陽(yáng)極表面電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。這一改性策略有效降低了陽(yáng)極電子傳輸與表界面反應(yīng)過(guò)程的極化電阻，同時(shí)促進(jìn)了離子和電子傳導(dǎo)。此外，表面BaO納米顆粒還能夠促進(jìn)界面氧溢流過(guò)程，從而增強(qiáng)OER性能。該研究不僅為高性能SOEC陽(yáng)極的材料設(shè)計(jì)提供了新思路，也為開(kāi)發(fā)高效固體氧化物電化學(xué)器件提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
相關(guān)成果以“Optimizing Surface Electronic Structure by Ba Dispersion for Enhanced High-Temperature Oxygen Evolution Reaction Activity”為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的共同第一作者是我所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生劉鶴偉和王夢(mèng)娜。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。（文/圖 劉鶴偉、宋月鋒）
