調控雙鈣鈦礦中高熵組分促進高溫析氧反應

摘要：固體氧化物電解池（SOEC）中陽極析氧反應動力學較為遲緩，限制了SOEC器件電催化轉化能力，因此針對陽極材料的改性研究對于進一步提升SOEC電化學性能十分關鍵。高熵鈣鈦礦（HEP）在許多反應中表現出良好的催化活性，但在SOEC中的應用鮮有研究。本文通過在雙鈣鈦礦的A位或A'位分別摻雜不同的稀土金屬、堿土金屬或堿金屬離子，合成了（Pr0.2La0.2Sm0.2Nd0.2Gd0.2）BaCo2O6?δ （A-HEP）和Pr（Ba0.2Sr0.2Ca0.2Na0.2K0.2）Co2O6?δ （A'-HEP）兩種高熵鈣鈦礦材料。由于摻雜離子平均半徑和氧化態的差異，A-HEP保持四方雙鈣鈦礦相結構而A'-HEP則轉變為正交單鈣鈦礦相。物理化學表征結果表明，A-HEP中Co平均價態更高，Co 2p-O 1s雜化更強，從而增加了電子轉移路徑并降低了轉移能壘。同時，A-HEP中表面氧空位濃度更高，可為陽極析氧反應提供更多的活性位點。因此，在具有A-HEP陽極的SOEC中，與氧輸運、電子傳輸和表界面反應過程相關的陽極極化電阻顯著降低，并在800 °C下實現最高1.76 A?cm?2的電流密度和200 h的穩定性。本工作為高熵鈣鈦礦材料在SOEC陽極中的應用提供了新的策略。

關鍵詞：固體氧化物電解池；高熵鈣鈦礦；析氧反應；氧空位；電子轉移

中圖分類號：O646