北理工團(tuán)隊(duì)在固體氧化物燃料電池研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-08-13 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：段凱龍 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王振華教授和孫克寧教授團(tuán)隊(duì)在固體氧化物燃料電池氧電極材料設(shè)計方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“In Situ Self-Reconstructed Nanoheterostructure Catalysts for Promoting Oxygen Reduction Reaction”為題發(fā)表在美國化學(xué)會能源旗艦期刊ACS Energy Letters上,，并被遴選為封面文章,。北京理工大學(xué)為唯一通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院王振華教授和孫克寧教授為共同通訊作者,，化學(xué)與化工學(xué)院2021級博士研究生于曉丹為論文的第一作者,。
固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs）是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)陶瓷能量轉(zhuǎn)換裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高,、燃料適應(yīng)性強(qiáng)以及污染排放低等優(yōu)點(diǎn),，在分布式電站、汽車輔助電源,、家庭熱-電聯(lián)供及軍用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。其中，陰極作為SOFCs的關(guān)鍵材料,，對電池的輸出性能與壽命起到?jīng)Q定性作用,。但氧電極側(cè)緩慢的氧還原反應(yīng)（Oxygen reduction reaction, ORR）始終制約了中低溫SOFCs的商業(yè)化發(fā)展，因此開發(fā)催化活性更高的陰極材料是當(dāng)前SOFC研究的熱點(diǎn),。
本研究發(fā)展了一種與傳統(tǒng)復(fù)合方式不同的原位自構(gòu)建異質(zhì)界面的方法,，將A缺位的(Pr0.4Sr0.6)0.95Co0.2Fe0.8O3-δ （簡稱PSFC）在還原氣氛下析出納米鈷鐵合金后，將合金氧化為納米鈷鐵尖晶石,，形成鈣鈦礦表面原位復(fù)合納米尖晶石的異質(zhì)結(jié)構(gòu)Pr0.4Sr0.6Co0.2Fe0.8O3-δ-(CoxFe1-x)3O4 (簡稱sp-PSFC),。納米尖晶石的析出造成了異質(zhì)界面處的晶格畸變和電子重構(gòu)，使表面的氧吸附能降低,，表面氧交換速率加快,；拉伸應(yīng)變的形成降低鈷鐵之間的軌道雜化，使氧空位形成能降低,；同時鈷鐵元素的析出,，導(dǎo)致體相的氧遷移空間擴(kuò)張，遷移路徑上的相互作用降低,，為體相氧離子提供了更多傳輸通道,，氧遷移加快,。該研究驗(yàn)證了異質(zhì)結(jié)構(gòu)對電子重構(gòu)與氧離子遷移的作用，對具有高催化性能的氧電極材料發(fā)展起到了重要推進(jìn)作用,。
圖1 sp-PSFC異質(zhì)結(jié)的氧還原過程表征與機(jī)制,。(a)程序升溫脫附，(b)熱重與碘量滴定,，(c)表面氧交換速率,，(d)利用第一性計算原理計算氧吸附能，(e)和(f)單相材料PSFC與復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料sp-PSFC的結(jié)構(gòu)示意圖與氧還原機(jī)理示意圖,。
本工作得到了國家自然科學(xué)基金（22078022,、22178023、22179007）的資助和化學(xué)電源與綠色催化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持,。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01249
附作者簡介：
于曉丹,， 2017年本科畢業(yè)于南京理工大學(xué)，2020年獲北京理工大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位,，2020-2021年就職于濰柴動力股份有限公司,，2021年至今在北京理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位。主要從事固體氧化物燃料電池電極材料開發(fā)與扁管式燃料電池系統(tǒng)開發(fā),，作為第一作者在ACS Energy Letters,、ACS Applied Energy Materials期刊上發(fā)表SCI論文2篇，參與重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等多項(xiàng),。
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