晶體取向調控質子電子耦合過程提高雙鈣鈦礦材料電解水催化性能

2020-09-27 小材科研

近日，華南理工大學環境與能源學院陳燕教授團隊及其合作者的最新成果在Nature Communications上發表。該成果採用鈣鈦礦雙氧化物PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ作為模型系統，通過調節晶體取向和相關的質子擴散促進了質子耦合電子轉移過程，進而有效提高了催化劑OER活性。

該工作中，研究者利用脈衝雷射沉積技術在 LaAlO3上製備出（100）、（110）和（111）表面取向的單晶 PBSCF 薄膜。電化學測試、密度泛函理論計算和近常壓X射線光電子能譜分析結果表明，OER活性和去質子化的容易程度取決於晶體取向，並且遵循（100）>（110）>（111）的順序。該研究提出了一種提高質子耦合電子轉移過程和OER活性的新穎方法。由於在能源、環境和生物等領域中，質子耦合電子轉移是一個廣泛存在於化學、生物學和物理學體系中的基元反應，普遍存在於在光合作用、呼吸作用、燃燒過程、燃料電池、太陽能燃料、催化及有機合成過程中的化學能量轉化與儲存過程，該方法也可以應用於綠色能源和環境領域的其他關鍵應用中。

該成果題為「Tuning proton-coupled electron transfer by crystal orientation for efficient water oxidization on double perovskite oxides（晶體取向調控質子電子耦合過程提高雙鈣鈦礦材料的電解水催化性能研究）」，第一署名單位為華南理工大學，第一作者是華南理工大學環境與能源學院博士生朱雲敏，共同通訊單位有臺灣交通大學、喬治亞理工大學。該研究得到了國家自然科學基金、廣東珠江人才引進計劃項目、製漿造紙工程國家重點實驗室支持。

團隊介紹

陳燕教授研究團隊專注的應用領域包括：高溫電化學器件（SOFC、SOEC）；電化學生物質（氣）高效定向轉化；水、氣汙染物（電）催化降解；材料輻照效應及輻照改性研究等。

陳燕，教授，博士生導師，入選高層次引進人才計劃、廣東省「珠江人才計劃」青年拔尖人才。在Nature Comm.、ACS Nano、Adv. Sci.、Energy & Environ. Sci.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Fun. Mater.等國際知名期刊上相繼發表了50餘篇論文；申請/授權了國家發明專利10餘項；主持了國家自然科學基金委青年項目及面上項目、廣州市科技計劃、企業橫向課題等多項科研項目。曾獲得國際固態離子學會「青年科學家獎」。

來源：華南理工大學

論文連結

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17657-9

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