中科大曾杰等/Nano Lett.:钙钛矿镍酸盐中电催化活性与尺寸的关系

雨辰

2020-03-27

尺寸（D）是调节过渡金属材料特性（如超导性，磁性和铁性）的重要参数。通常，在过渡金属氧化物中，尺寸的增加会扩大过渡金属d电子的能带。当带宽（W）远远超过库仑相互作用（U）时，就会出现绝缘体-金属的转变。Ruddlesden-Popper（RP）钙钛矿氧化物A_n+1B_nO_3n+1具有结构灵活，尺寸易于调整的特点，由n个连续的ABO₃型钙钛矿单元组成，它们沿c方向堆叠在AO层上。原则上，只需增加n的数量，就可以将RP钙钛矿氧化物的尺寸连续地从2调整为3。因此，结构上的易变性使RP钙钛矿氧化物成为研究钙钛矿氧化物的性能与尺寸之间关系的理想材料。如今，过渡金属钙钛矿氧化物作为析氧反应（OER）的经济有效的电催化剂受到了广泛关注，而且钙钛矿氧化物的OER性能与它们的电子结构密切相关。目前的大多数研究集中于简单的钙钛矿氧化物，即n=∞的A_n+1B_nO_3n+1。然而，关于尺寸如何影响钙钛矿氧化物的OER活性的机理仍然不清楚。

有鉴于此，中国科学技术大学曾杰教授和Shiming Zhou等人合作，成功地制备了一系列n=1、2、3和∞的R-P型钙钛矿镍酸盐La_nSrNi_nO_3n+1，以探讨尺寸对OER活性的影响。

本文要点

1）研究发现，随着n从1增加到∞，La_nSrNi_nO_3n+1的OER活性表现出单调增加。

2）另外，La_nSrNi_nO_3n+1的电导率随n的增加而增加，并伴随着绝缘体到金属的转变。

3）X射线吸收光谱研究电子结构发现，随着n的增加，由于Ni 3d电子之间有效电子相关性的减弱，Ni 3d-O 2p的杂化强度变强。增强的电导率和金属-氧杂化都加速了析氧反应的动力学。

总之，该工作建立了钙钛矿镍酸盐的尺寸与电催化活性之间的关系架起了一座桥梁，对设计具有优异性能的析氧催化剂具有重要的指导意义。

参考文献：

Cong Cao et al. Dimensionality control of electrocatalytic activity in perovskite nickelates. Nano Lett., 2020.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00553

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00553