Small Science:钙钛矿型析氧电催化剂的表面重构——初始氧化物体相性质的作用

开发高性能的析氧反应(OER)电催化剂对于利用可再生能源大规模电解水制氢而言至关重要。在各类析氧催化剂材料中,钙钛矿氧化物由于活性较高、结构多样、组成灵活等优点,受到了研究者们的广泛关注。近年来,关于钙钛矿氧化物在析氧反应条件下的动态表面重构的报道越来越多,并且有观点认为重构生成的物质才是实际的析氧催化剂。增进对钙钛矿氧化物重构行为的了解有益于实现通过对钙钛矿预催化剂的合理设计从而在OER反应条件下原位生成高活性析氧催化剂。

近日,新加坡南洋理工大学徐梽川教授课题组分析了近年来涉及到钙钛矿氧化物在OER条件下表面重构的代表性文章,并系统地讨论了初始体相物化性质(如电子结构、晶体结构、元素构成等)对于钙钛矿氧化物表面演变所起的作用,以期为今后钙钛矿型OER预催化剂的开发提供指导。

作者首先分别以碱性条件下Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF)和酸性条件下SrIrO3 钙钛矿的析氧催化反应为例,描述了钙钛矿型过渡金属氧化物在不同pH下重构行为的特征然后,重点讨论了初始体相物化性质如何影响钙钛矿重构行为的发生和实际表面活性物质的生成(包括电化学活性位点的增加、活性金属位点的生成、活性氧位点的生成、活性位点的丢失)。最后,作者总结了当前发现的钙钛矿初始体相性质和重构行为之间的关联,并且提出了未来在钙钛矿氧化物用作析氧预催化剂的研究中,应注重以下几个方面。1)合理评估实际活性物质的本征活性以了解重构行为对钙钛矿析氧催化活性的影响。2)精确识别重构衍生物的元素组成和局域结构以揭示真实的结构-活性关系。3)为了合理设计钙钛矿氧化物作为具有可预测重构行为的预催化剂,有必要进一步探索初始体相物化性质和表面演化过程之间的根本联系。4)当钙钛矿结构重构行为背后的原理被深刻理解后,下一个关键步骤是采取有效策略调控预催化剂的体相性质来控制表面演化过程以生成理想的析氧催化剂。

论文信息

Surface Reconstruction of Perovskites for Water Oxidation: The Role of Initial Oxides’ Bulk Chemistry

Haiyan Li,Yubo Chen,Justin Zhu Yeow Seow,Chuntai Liu,Adrian C. Fisher,Joel W. Ager, Zhichuan J. Xu*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100048

原文链接:https://doi.org/10.1002/smsc.202100048