Small Science:用于水氧化的钙钛矿表面重构的研究进展
雨辰
开发用于析氧反应（OER）的高活性电催化剂对于通过水电解可规模化生产可再生氢燃料至关重要。钙钛矿氧化物作为 OER 催化剂被广泛研究，因为它们具有高活性，并且在组成和结构方面也具有相当大的灵活性。最近，越来越多的关于在 OER 条件下钙钛矿氧化物动态表面重构的报道，声称重构衍生的物种是负责测量 OER 活性的实际催化剂。为了使钙钛矿氧化物作为预催化剂的合理设计能够在原位生成实际的活性组分，对其重构行为的本质理解是至关重要的。
有鉴于此，新加坡南洋理工大学徐梽川教授等人，讨论了初始本体化学在 OER 过程中钙钛矿氧化物表面演化过程中的作用，包括表面稳定性对预催化剂电子结构的依赖性以及钙钛矿氧化物预催化剂表面发生晶格析氧反应和阳离子浸出的可能性。
本文要点
1）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。
2）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：a）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；b）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；c）进一步探索初始体相物化性质和表面演化过程之间的联系，从而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；d）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。
总之，合理地调整钙钛矿预催化剂的电子结构、晶体结构和离子化学计量学等本体性质，可以影响表面重构的发生和实际活性表面物种的形成。
参考文献：
Haiyan Li et al. Surface Reconstruction of Perovskites for Water Oxidation: The Role of Initial Oxides” Bulk Chemistry. Small Science, 2021.
DOI: 10.1002/smsc.202100048
https://doi.org/10.1002/smsc.202100048
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