?晶格氧參與三重鈣鈦礦氧化物電催化劑的析氧反應(yīng)

無處不在的能源需求和氣候變化需要高效的電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和存儲裝置，如水分解裝置、燃料電池和金屬-空氣電池。

析氧反應(yīng)(OER)通過四電子轉(zhuǎn)移過程發(fā)生，這減慢了動力學(xué)，成為這些裝置效率較低的主要原因。

貴金屬如Ru和Ir基氧化物被認(rèn)為是優(yōu)異的OER電催化劑，可以降低熱力學(xué)勢壘。

然而，這些催化劑的稀缺性和昂貴的價格阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。為了克服所有這些問題，已經(jīng)設(shè)計了眾多非貴金屬基材料，但仍不具有競爭力。

基于此，全北大學(xué)Nam Hoon Kim和Joong Hee Lee(共同通訊)等人提出Sr3NiFeMoO9-δ (SNFM)可以作為一種有前途的析氧電催化劑，具有良好的穩(wěn)定性，優(yōu)于雙重鈣鈦礦和單鈣鈦礦。



在1M KOH 溶液中比較了BSCF、SNM、SFM和SNFM 鈣鈦礦型催化劑的 OER 活性，驗證了單、雙和三重鈣鈦礦型催化劑的作用。SNFM具有優(yōu)于SFM和SNM 以及BSCF的 OER 催化活性。

SNFM 需要260和290 mV的過電位就能分別達(dá)到10和50 mA cm-2的電流密度，過電位遠(yuǎn)低于雙重鈣鈦礦和單鈣鈦礦。

雙重鈣鈦礦SFM和SNM的過電位分別為297和346 mV以達(dá)到10 mA cm-2的電流密度，而單鈣鈦礦BSCF對于10 mA cm-2的電流密度的過電位則為324 mV。同時計算了Tafel斜率，以進一步確定催化劑的OER動力學(xué)。

與SFM(64.5 mV dec-1)、SNM (98.5 mV dec-1)和BSCF (91.9 mV dec-1)催化劑相比，SNFM具有最低的Tafel斜率(42.3 mV dec-1)。

觀察到從單一鈣鈦礦BSCF到三重鈣鈦礦SNFM的Tafel斜率急劇下降，這可能是由于OER的電位決定步驟的變化和加速的去質(zhì)子化。此外，這也表明SNFM能顯著降低OER的反應(yīng)動力學(xué)勢壘。



本文證明了三重鈣鈦礦SNFM是一種比雙重SFM、SNM和單BSCF鈣鈦礦更具有優(yōu)異的OER活性的催化劑。三重鈣鈦礦SNFM表現(xiàn)出較高的電催化活性和穩(wěn)定性，優(yōu)于其他鈣鈦礦。 SNFM中較高的pH依賴性O(shè)ER活性揭示了與吸附質(zhì)演化機制相反的非集中的質(zhì)子-電子轉(zhuǎn)移機制的貢獻。

結(jié)合XPS和XANES的研究，SNFM中Fe-O鍵具有較高的共價特性并且在電化學(xué)阻抗測試中SNFM具有較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，這使得SNFM具有較好的OER性能。 氧空位的貢獻不容忽視，它通過晶格氧化物參與，也稱為空位介導(dǎo)機制，在提高SNFM中OER活性方面發(fā)揮著重要作用。

因此，通過對鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)控并結(jié)合諸如電化學(xué)阻抗譜和XANES等研究，一種高效和穩(wěn)定的OER催化劑不僅被開發(fā)出來，而且為開發(fā)用于能源轉(zhuǎn)換/存儲設(shè)備的先進電催化劑開辟了新的途徑。










審核編輯：劉清