汪国雄&宋月锋Angew.：钙钛矿氧化物的离子有序化用于高温OER！

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研究内容

钙钛矿作为固体氧化物电解槽（SOECs）的阳极表现出优异的高温析氧反应（OER）活性。然而，离子有序性和OER性能之间的关系很少被研究。

基于此，中国科学院大连化学物理研究所汪国雄研究员和宋月锋副研究员构建了一系列具有定制离子有序的PrBaCo_2-xFe_xO_5+δ钙钛矿。物理化学表征和密度泛函理论计算证实，A位阳离子有序化促进了氧的本体迁移和表面传输能力以及OER活性，但氧空位有序化削弱了其活性。因此，具有A位有序和氧空位无序PrBaCo₂O_5+δ阳极的SOEC在800°C和2.0 V下表现出3.40 A cm^-2的最高性能。相关工作以“Tailoring Ion Ordering in Perovskite Oxide for High-Temperature Oxygen Evolution Reaction”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.作者制备了具有各种离子顺序的钙钛矿PrBaCo_2-xFe_xO_5+δ（PBCFx，x=0，0.5，1，分别标记为PBC、PBCF31和PBCF22）作为SOEC阳极。

要点2. 作者通过中子粉末衍射（NPD）的Rietveld精细化、同步加速器X射线粉末衍射（SXRPD）和高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADFSTM）的元素图来确定离子有序性。

要点3. 与A位有序的PBCF22和氧空位有序的PBCF31相比，A位有序和氧空位无序的PBC阳极表现出加速的阳极氧传输和OER动力学，并在2.0 V和800°C下实现了高达3.40 A cm^-2的电流密度。非原位、准原位和原位表征以及密度泛函理论（DFT）计算证实，氧空位浓度和氧离子迁移率都被A位阳离子有序化增强，但被氧空位有序化抑制。

该工作揭示了离子有序在高温OER性能中的关键作用，并为筛选新型SOEC阳极材料铺平了新的道路。

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研究图文

图1. PBC、PBCF31和PBCF22的（a-c）NPD细化结果，（d-f）HAADF-STEM元素图以及（g-i）晶体结构模型。

图2. DFT计算结果。

图3. 使用PBCFx阳极的SOEC的原位XPS测量结果。

图4. PBC和PBCF31阳极的SOEC的TOF-SIMS测量结果。

图5. SOEC与PBCF_x阳极在800°C下的电化学性能。

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文献详情

Tailoring Ion Ordering in Perovskite Oxide for High-Temperature Oxygen Evolution Reaction

Qingxue Liu, Feiran Shen, Guohui Song, Tianfu Liu, Weicheng Feng, Rongtan Li, Xiaomin Zhang, Mingrun Li, Lunhua He, Xu Zheng, Shuaishuai Yin, Guangzhi Yin, Yuefeng Song,* Guoxiong Wang,* Xinhe Bao

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202307057