上海微系統所在氧氣析出反應催化劑活性研究中取得進展

文章來源:上海微系統與信息技術研究所  |  發布時間:2019-09-20  |  【打印】 【關閉

  

  中國科學院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室助理研究员刘吉山与美国西北太平洋国家实验室的合作者在Advanced ScienceIF15.8)上在線發表了題爲“Tuning the Electronic Structure of LaNiO3 through Alloying with Strontium to Enhance Oxygen Evolution Activitity”的文章刘吉山助理研究员为该论文的第一作者,中國科學院上海微系统与信息技术研究所为第一完成单位。

  氧氣析出反應(OER)在電解水,可充電金屬-空氣電池等清潔能源的制備和轉化利用中起到重要作用而受到極大的關注。氧氣析出反應的動力學十分緩慢,需要在較高的過電位下才能進行,這極大的限制了器件的實際性能。目前,最有效的OER催化劑是IrO2 RuO2 。然而,由于這些貴金屬及其氧化物由于其成本高、資源短缺,阻礙了它們的廣泛應用。因此開發基于3d過渡金屬的高效廉價的OER催化劑是当前研究的热点。在本文工作中发现通过在3d過渡金屬氧化物鎳酸镧LaNiO3)中摻入II族元素锶(Sr)可有效提高其OER性能。研究結果表明隨著Sr摻雜比例的增加,OER催化活性顯著地提高。在1.6V下,50% Sr摻雜的LaNiO3OER電流相較未摻雜樣品的OER電流提高了5倍之多。同時産生相等OER電流所需的過電位則明顯的降低。結合X射線吸收譜(XAS)、X射線光電子能譜(XPS)以及DFT計算得出在LaNiO3中引入Sr後可使得O 2p能級向費米能級移動,從而增強了Ni-O之間的雜化強度進而減小Ni-O之間的電荷轉移能,而正是其電子結構的變化促進了OER反应过程。该文的研究证实在鎳酸镧中引入锶掺杂是提高其OER活性的有效途徑,並且從電子結構的角度出發解釋了OER催化活性提高的原因,爲以後設計新型高效催化劑提供了一種參考。

  最後,感謝國家留學基金委對劉吉山助理研究員提供訪學美國西北太平洋國家實驗室的機會和支持。

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201901073