近日，中科院大連化物所無機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、朱雪峰研究員團(tuán)隊與電鏡技術(shù)研究組（DNL2002）劉偉研究員、理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組（05T8組）肖建平研究員等合作，發(fā)現(xiàn)了在高溫富氧條件下，含鋇（Ba）材料表面析出的BaO/BaO2納米粒子對氧活化具有超高的活性，是氧交換反應(yīng)的活性位點。這一發(fā)現(xiàn)對揭示含Ba鈣鈦礦氧化物表面高溫氧活化和輸運(yùn)機(jī)制具有重要意義。
Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）材料是楊維慎團(tuán)隊于2000年首次合成的具有國際領(lǐng)先水平的透氧膜材料（J. Membrane Sci.，2000）。該材料不僅是國際透氧膜材料性能對標(biāo)的代表性材料，而且作為電催化材料被廣泛應(yīng)用到高溫和低溫ORR、OER等反應(yīng)中。
為揭示BSCF鈣鈦礦具有優(yōu)異性能的本質(zhì)原因，研究團(tuán)隊對氧滲透動力學(xué)進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)Ba的摻入能夠顯著加快氧表面交換反應(yīng)速率。并且，研究團(tuán)隊利用環(huán)境電鏡直接觀測到BSCF材料在高溫富氧氣氛中表面會析出BaOx納米粒子，同時利用電化學(xué)測試證明了BaOx以及能夠析出或分解得到BaOx的含Ba材料對氧活化過程具有很高的催化活性。此外，研究團(tuán)隊結(jié)合DFT計算發(fā)現(xiàn)，析出的BaOx納米粒子能夠顯著降低氧還原過程中氧分子吸附解離以及氧析出過程中氧離子復(fù)合脫附過程的能壘，從而加快了氣—固界面的氧交換反應(yīng)動力學(xué)。該項研究將為透氧膜材料和電催化材料的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以“Oxygen Activation on Ba-containing Perovskite Materials”為題，于近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。該工作的共同第一作者是我所博士后祝悅、聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生劉冬冬、博士研究生井慧娟。上述工作得到中科院B類先導(dǎo)專項“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”、國家自然科學(xué)基金和中國博士后基金等項目的資助。
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn4072
標(biāo)簽： 含鋇鈣鈦礦
