Nat. Commun.：强化晶格氧参与促进钙钛矿氧析出的直接证据

兔兔

2020-04-25

氧析出反应（OER）电催化剂的开发仍然是一项重大挑战，需要在机理理解和材料设计方面取得重大进展。最近的研究表明，钙钛矿氧化物晶格中的氧可以通过晶格氧介导机制参与OER，这为开发替代电催化剂提供了可能性，该电催化剂可以利用吸附物逸出机理克服传统催化剂因比例关系引起的局限性。有鉴于此，澳大利亚科廷大学Zongping Shao与南昆士兰大学Lei Ge通过合理设计具有相似表面过渡金属性质但不同氧扩散速率的硅改性SrCoO_3–δ(Si–SCO)钙钛矿电催化剂模型系统，区分了晶格氧的参与对OER的贡献程度。

本文要点：

1）pH依赖的OER动力学研究和表面非晶化观察表明，晶格氧氧化(LOM)机制在SCO和Si掺杂SCO的OER期间均有效。值得注意的是，当Si被包含到SCO晶格中时，其内在活性获得了一个数量级以上的提高，接近BSCF的活性。

2）此外，硅掺入钙钛矿的氧扩散率提高了12.8倍，这与内在OER活性的10倍的提高非常吻合，这表明观察到的活性提高主要是增强晶格氧参与的结果。因此，需要考虑动态催化剂表面，该表面不仅要与电解质而且要与通过LOM机理操作的电催化剂本体具有强相互作用。

3）然而，这种动力学可能导致不稳定的表面区域，特别是在高活性的情况下，表面氧空位的重新填充速率无法与表面空位形成的速率竞争（由于快速的氧析出），从而导致不协调阳离子位点的形成，使其易于溶解。这解释了Si-SCO催化剂的表面非晶化，尽管其快速的氧扩散率与独特的A位点缺陷层状结构有关。

这一发现不仅为设计具有成本效益、高效的OER催化材料提供了新的机会，而且加深了我们对OER运作机理的理解。下一步将是设计更稳定的钙钛矿表面，以进一步推动适用于水、二氮和二氧化碳电解的水氧化电催化剂的发展。

Yangli Pan, et al. Direct evidence of boosted oxygen evolution over perovskite by enhanced lattice oxygen participation. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2002.

DOI: 10.1038/s41467-020-15873-x.

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15873-x