新聞網訊 材料科學與工程學院能源與環境材料研究院博士研究生季倩倩(指導老師:趙修松教授)在國際期刊Energy & Environmental Science《能源與環境科學》上發表了題為The Role of Oxygen Vacancies of ABO3Perovskite Oxides in the Oxygen Reduction Reaction (ABO3類鈣鈦礦中氧空位缺陷在電催化氧還原反應中的作用)的綜述論文(作者:季倩倩,畢磊,張進濤,曹海傑,趙修松)。該學術期刊是英國皇家化學學會旗下世界公認的能源與環境科學領域的頂級刊物,其影響因子為33.25。這是青島大學首次作為第一通訊單位在該期刊上發表論文。
電催化氧還原反應(ORR)是燃料電池以及金屬-空氣電池中的重要反應之一,其催化劑性能是決定這一反應以及整個電池效率的關鍵因素。鈣鈦礦材料是一類分子式為ABO3的晶體陶瓷氧化物(A代表稀土或者鹼土金屬元素離子,B為過渡金屬元素離子)。與簡單氧化物相比,鈣鈦礦結構可以使一些元素以非正常價態存在,或者使活性金屬以混合價態存在,從而導致非化學計量比的氧,也即晶格氧空位缺陷。正是應為這些晶格氧空位的存在及其可控性,使得鈣鈦礦具有傳統催化劑不具備的特點,在ORR中呈現出特異的催化性能。
本文首先簡要介紹了鈣鈦礦的發展歷史,然後討論了其化學組成、晶體結構以及非計量化學,接著闡述了ORR的機理,描述了鈣鈦礦中產生氧空位缺陷的方法、實驗手段、表徵技術以及材料的可控制備,最後重點討論了氧空位缺陷對ORR的催化影響。氧空位能夠調控鈣鈦礦的電子結構、晶體結構以及表面化學,從而影響其導電性、電荷轉移動力學以及氧吸附物種和反應中間產物,進而影響其在ORR中的催化性能。
本文指出了該領域目前面臨的挑戰和未來研究方向,為從事鈣鈦礦在能源轉化和存儲領域的應用的科技人員提供了大量信息和參考文獻。