近日，中科院大連化物所無(wú)機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、朱雪峰研究員團(tuán)隊(duì)與電鏡技術(shù)研究組（DNL2002）劉偉研究員、理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組（05T8組）肖建平研究員等合作，發(fā)現(xiàn)了在高溫富氧條件下，含鋇（Ba）材料表面析出的BaO/BaO2納米粒子對(duì)氧活化具有超高的活性，是氧交換反應(yīng)的活性位點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示含Ba鈣鈦礦氧化物表面高溫氧活化和輸運(yùn)機(jī)制具有重要意義。
Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）材料是楊維慎團(tuán)隊(duì)于2000年首次合成的具有國(guó)際領(lǐng)先水平的透氧膜材料（J. Membrane Sci.，2000）。該材料不僅是國(guó)際透氧膜材料性能對(duì)標(biāo)的代表性材料，而且作為電催化材料被廣泛應(yīng)用到高溫和低溫ORR、OER等反應(yīng)中。
為揭示BSCF鈣鈦礦具有優(yōu)異性能的本質(zhì)原因，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)氧滲透動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)Ba的摻入能夠顯著加快氧表面交換反應(yīng)速率。并且，研究團(tuán)隊(duì)利用環(huán)境電鏡直接觀測(cè)到BSCF材料在高溫富氧氣氛中表面會(huì)析出BaOx納米粒子，同時(shí)利用電化學(xué)測(cè)試證明了BaOx以及能夠析出或分解得到BaOx的含Ba材料對(duì)氧活化過(guò)程具有很高的催化活性。此外，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)，析出的BaOx納米粒子能夠顯著降低氧還原過(guò)程中氧分子吸附解離以及氧析出過(guò)程中氧離子復(fù)合脫附過(guò)程的能壘，從而加快了氣—固界面的氧交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。該項(xiàng)研究將為透氧膜材料和電催化材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以“Oxygen Activation on Ba-containing Perovskite Materials”為題，于近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。該工作的共同第一作者是我所博士后祝悅、聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生劉冬冬、博士研究生井慧娟。上述工作得到中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后基金等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn4072
標(biāo)簽： 含鋇鈣鈦礦
