電催化水氧化析氧反應(yīng)（OER）是眾多環(huán)境友好型的電化學(xué)儲(chǔ)能器件（如可充電金屬-空氣電池、電化學(xué)水分解反應(yīng)池）中包含的重要反應(yīng)過程之一。但是目前現(xiàn)有商品化的貴金屬Ir或Ru基OER電催化劑面臨原料稀缺，成本昂貴等問題，因此開發(fā)高性能廉價(jià)非貴金屬OER體系具有重要意義。高熵鈣鈦礦氧化物具有獨(dú)特的相結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)可調(diào)性，是一類極具前景的OER電催化劑體系。但目前，關(guān)于結(jié)構(gòu)熵值對鈣鈦礦基OER催化劑反應(yīng)性能及機(jī)理的調(diào)控準(zhǔn)則還未完全建立?；诖颂魬?zhàn)，廈門大學(xué)能源學(xué)院孫毅飛團(tuán)隊(duì)通過簡單的凝膠-溶膠法，成功合成了一系列具有不同結(jié)構(gòu)熵值的鈣鈦礦鈷酸鹽電催化劑（如La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Mg0.2O3，HEOs），用于高效電催化水裂解析出氧氣，該工作最近發(fā)表于國際頂級材料期刊：Advanced Functional Materials(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202112157)通過對材料結(jié)構(gòu)熵值的精細(xì)調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)在不改變金屬Co含量的情況下，HEOs電催化劑相比于二元（La0.6Sr0.4Co0.2Mn0.8O3）、三元（La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.4Mn0.4O3）和四元（La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.267Mn0.267Ni0.267O3）鈣鈦礦電催化劑具有較小的過電位320 mV （在10 mA cm-2的電流密度下）、較低的電荷轉(zhuǎn)移阻力、較快的OER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及增強(qiáng)的OER本征電催化活性。此外，HEOs電催化劑在10 mA cm-2的全電解池電流密度下表現(xiàn)出20 h的長期穩(wěn)定性，具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。X射線譜學(xué)實(shí)驗(yàn)和第一性原理（DFT）計(jì)算結(jié)果聯(lián)合表明，隨著材料結(jié)構(gòu)熵值的增加，電催化劑表面首層氧空位生成能，次層氧空位生成能及擴(kuò)散系數(shù)得以優(yōu)化，氧空位濃度增加，更傾向于發(fā)生晶格氧參與的水裂解析氧（LOM）。此外，研究還采用電化學(xué)方法對LOM過程關(guān)鍵中間體進(jìn)行識(shí)別與測定，作證了HEOs電催化劑上晶格氧參與反應(yīng)機(jī)理的過程。總結(jié)來講，這項(xiàng)工作指出構(gòu)型熵值是一種有效的材料性能調(diào)控工具，在OER反應(yīng)中，其可以促進(jìn)氧空位的產(chǎn)生以活化晶格氧，強(qiáng)化電催化水裂解的LOM途徑，該工作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)高效氧化物OER催化劑提供了新的思路和探索空間。團(tuán)隊(duì)簡介：孫毅飛，廈門大學(xué)副教授，博士生導(dǎo)師，加拿大阿爾伯塔大學(xué)博士，美國普渡大學(xué)博士后，獲廈門大學(xué)南強(qiáng)青年拔尖人才支持計(jì)劃。以第一作者/通訊作者身份在PNAS, Nat. Catal., Nano Lett. Adv. Func. Mater.等期刊發(fā)表論文20多篇。主要研究興趣為熱/電及其耦合催化轉(zhuǎn)化關(guān)鍵材料器件等。
