​晶格氧参与三重钙钛矿氧化物电催化剂的析氧反应

无处不在的能源需求和气候变化需要高效的电化学能源转换和存储装置，如水分解装置、燃料电池和金属-空气电池。

析氧反应(OER)通过四电子转移过程发生，这减慢了动力学，成为这些装置效率较低的主要原因。

贵金属如Ru和Ir基氧化物被认为是优异的OER电催化剂，可以降低热力学势垒。

然而，这些催化剂的稀缺性和昂贵的价格阻碍了它们的广泛应用。为了克服所有这些问题，已经设计了众多非贵金属基材料，但仍不具有竞争力。

基于此，全北大学Nam Hoon Kim和Joong Hee Lee(共同通讯)等人提出Sr3NiFeMoO9-δ (SNFM)可以作为一种有前途的析氧电催化剂，具有良好的稳定性，优于双重钙钛矿和单钙钛矿。



在1M KOH 溶液中比较了BSCF、SNM、SFM和SNFM 钙钛矿型催化剂的 OER 活性，验证了单、双和三重钙钛矿型催化剂的作用。SNFM具有优于SFM和SNM 以及BSCF的 OER 催化活性。

SNFM 需要260和290 mV的过电位就能分别达到10和50 mA cm-2的电流密度，过电位远低于双重钙钛矿和单钙钛矿。

双重钙钛矿SFM和SNM的过电位分别为297和346 mV以达到10 mA cm-2的电流密度，而单钙钛矿BSCF对于10 mA cm-2的电流密度的过电位则为324 mV。同时计算了Tafel斜率，以进一步确定催化剂的OER动力学。

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

观察到从单一钙钛矿BSCF到三重钙钛矿SNFM的Tafel斜率急剧下降，这可能是由于OER的电位决定步骤的变化和加速的去质子化。此外，这也表明SNFM能显著降低OER的反应动力学势垒。



本文证明了三重钙钛矿SNFM是一种比双重SFM、SNM和单BSCF钙钛矿更具有优异的OER活性的催化剂。三重钙钛矿SNFM表现出较高的电催化活性和稳定性，优于其他钙钛矿。 SNFM中较高的pH依赖性OER活性揭示了与吸附质演化机制相反的非集中的质子-电子转移机制的贡献。

结合XPS和XANES的研究，SNFM中Fe-O键具有较高的共价特性并且在电化学阻抗测试中SNFM具有较低的电荷转移电阻，这使得SNFM具有较好的OER性能。 氧空位的贡献不容忽视，它通过晶格氧化物参与，也称为空位介导机制，在提高SNFM中OER活性方面发挥着重要作用。

因此，通过对钙钛矿晶体结构的结构调控并结合诸如电化学阻抗谱和XANES等研究，一种高效和稳定的OER催化剂不仅被开发出来，而且为开发用于能源转换/存储设备的先进电催化剂开辟了新的途径。










审核编辑：刘清