由于過(guò)度使用化石燃料而導(dǎo)致的過(guò)度CO2排放造成了嚴(yán)重的氣候問(wèn)題，這迫切需要開(kāi)發(fā)CO2轉(zhuǎn)化和利用的技術(shù)。固體氧化物電解池(SOEC)一種高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，它可以將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品，同時(shí)將可再生電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存。SOECs中CO2電解可分為兩個(gè)半反應(yīng)：陰極上的CO2還原反應(yīng)和陽(yáng)極上的析氧反應(yīng)(OER)。然而，陽(yáng)極上OER動(dòng)力學(xué)緩慢，同時(shí)，由于在高電流密度下，陽(yáng)極極化會(huì)影響SOECs的總電解效率，因此，篩選先進(jìn)的高溫OER陽(yáng)極材料對(duì)提高SOEC性能至關(guān)重要。
基于此，中科院大連化物所汪國(guó)雄和宋月鋒等制備了具有不同離子順序的鈣鈦礦PrBaCo2?xFexO5+δ(PBCFx，x=0，0.5和1，分別標(biāo)記為PBC、PBCF31和PBCF22)作為SOEC陽(yáng)極，并揭示了鈣鈦礦中離子順序?qū)Ω邷豋ER活性的影響。物理化學(xué)和電化學(xué)表征以及密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與無(wú)序的PBCF22相比，雙鈣鈦礦PBC和PBCF31的A位陽(yáng)離子有序促進(jìn)了Pr-O平面氧空位的形成，加速了高溫下的OER動(dòng)力學(xué)。然而，PBCF31中的氧空位有序阻礙了氧在陽(yáng)極極化條件下的體遷移和表面輸運(yùn)。降低了OER活性。因此，A位陽(yáng)離子有序促進(jìn)了氧的體遷移和表面轉(zhuǎn)運(yùn)能力以及OER活性，而氧空位有序削弱了OER活性。研究人員制備了具有PBCFx陽(yáng)極和La0.6Sr0.4FeO3?δ-Sm0.2Ce0.8O2?δ(LSF-SDC)陰極的SOECs，并在800°C下進(jìn)行了測(cè)試。與A位無(wú)序的PBCF22和氧空位有序的PBCF31相比，A位有序和氧空位無(wú)序的PBC陽(yáng)極表現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能，其在2.0 V的電流密度高達(dá)3.40 A cm?2。此外，PBC陽(yáng)極在1.2 V下連續(xù)運(yùn)行200 h后性能僅發(fā)生輕微下降，表明具有PBC陽(yáng)極的SOEC具有較高的電解性能和優(yōu)異的穩(wěn)定性?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作揭示了鈣鈦礦中微觀結(jié)構(gòu)順序?qū)Ω邷豋ER動(dòng)力學(xué)的影響，并為先進(jìn)的SOEC陽(yáng)極材料的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。Tailoring Ion Ordering in Perovskite Oxide for High-Temperature Oxygen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202307057
