開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的析氧反應(yīng)(OER)電催化劑可以提高電解水等電解技術(shù)的性能。金屬氧化物，特別是雙金屬氧化物(AxByOz，具有長(zhǎng)排列的有序晶體結(jié)構(gòu)，其中A位點(diǎn)是非活性金屬陽(yáng)離子，B位是活性金屬陽(yáng)離子)由于其相對(duì)較低的成本和穩(wěn)定的高活性，是有希望的候選者。其中，釕酸焦綠石(A2Ru2O7)因其無(wú)Ir特性和在酸性水氧化中的潛在性能而受到特別關(guān)注。但高溫(≈1100 °C)和長(zhǎng)時(shí)間焙燒(超過(guò)12 h)限制了其可設(shè)計(jì)的幾何構(gòu)型和組成調(diào)控，進(jìn)一步降低了其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。
基于此，北京化工大學(xué)王峰和張正平等提出了一種節(jié)能和省時(shí)的方法，在較低的煅燒溫度(600 °C)和較短的煅燒時(shí)間(6 h)下，通過(guò)Pb離子誘導(dǎo)的A位取代來(lái)制備焦綠石型釕酸釔(Y2Ru2O7-δ，YPRO)。
具體而言，作為相對(duì)原子質(zhì)量最大的穩(wěn)定元素，Pb及其陽(yáng)離子具有較大的原子/離子半徑；同時(shí)，Pb的低熔點(diǎn)使得Pb取代過(guò)程具有較大的熱膨脹系數(shù)和較低的表面能。Pb離子的引入會(huì)在煅燒過(guò)程中產(chǎn)生局部表面壓縮，從而提供額外的驅(qū)動(dòng)力來(lái)克服有序相變的阻力，降低了YPRO的合成溫度和時(shí)間。
由于低溫合成的優(yōu)勢(shì)，與高溫(1000 °C)制備的無(wú)取代焦綠石型釕酸釔(YRO)相比，Pb取代釕酸釔(YPRO)表現(xiàn)出富集的孔隙和有缺陷的幾何結(jié)構(gòu)。此外，Pb取代還改變了[RuO6]單元的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步導(dǎo)致了電性能的提高和活性位點(diǎn)數(shù)目的增加，從而協(xié)同提高了在寬pH條件下的析氧電催化性能。
總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作所提到的取代誘導(dǎo)的相變應(yīng)力策略可以促進(jìn)其他復(fù)合氧化物在電化學(xué)應(yīng)用中的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，并為調(diào)控高溫材料的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)提供了策略。
Lead-induced microstrain in synthesis and manipulation of porous pyrochlore for boosting oxygen Evolution reaction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306176
