研究人员探讨钙钛矿材料的表面性质 有助于提升制氢解决方案

盖世汽车讯水分解制氢是一种常见的制氢方法，其中一个关键步骤是析氧反应(OER)。OER可以从水中释放分子氧，这通常是缓慢的，这不仅对制氢很重要，对许多其他化学过程也很重要。

(来源:阿贡实验室)

据国外媒体报道，由美国能源部阿贡国家实验室科学家领导的一项研究显示，钙钛矿氧化物可以进行形态进化，有望加速OER。钙钛矿氧化物含有一系列晶体结构相似的化合物，通常包括碱土金属或稀土元素，如分子式ABO3中A位的La、Sr和B位的Co等过渡金属，它们与氧结合。这项研究有助于设计新材料，用于制造可再生燃料和储存能量。

钙钛矿氧化物可以促进OER，这比发挥同样作用的贵金属(如铱或钌)更具成本效益。然而，钙钛矿氧化物不像这些金属那样活跃(换句话说，它们加速了OER反应的效率)，并且倾向于缓慢降解。该研究的负责人Pietro Papa Lope说:“了解如何保持这些材料的活性和稳定性是我们的主要动机之一。我们想探索这两种特性之间的关系，以及它们与钙钛矿性质之间的关系。”

过去，人们着重研究钙钛矿材料的整体性能及其与OER活性的关系。现在，研究人员希望进一步探索材料的表面性质，即它与周围环境发生反应的地方可能与其他部分完全不同。想象一个被切成两半的鳄梨。一接触到空气，很快就会变色，但里面还是好的。这可能对理解钙钛矿材料的性质有重要影响。

在将水分解为氢气和氧气的水电解器系统中，钙钛矿氧化物与由水和特殊盐组成的电解质相互作用，形成支持设备运行的界面。当施加电流时，界面在刺激水分解过程中起关键作用。洛佩斯说:“材料的表面是影响析氧反应的最关键因素，比如需要多大的电压，会产生多少氧气和氢气。”

在电化学循环中，镧钴氧化物钙钛矿的表面析出是通过A位溶解和氧晶格析出，形成具有析氧活性的非晶膜。

钙钛矿氧化物的表面不同于其他材料，会随着时间而变化。研究人员表示，一旦进入电化学系统，钙钛矿表面将演变成一层薄的非晶薄膜，与最初的材料不同。

研究人员将理论计算与实验相结合，以确定钙钛矿材料的表面在OER期间是如何演变的。为了得到准确的结果，他们研究了镧钴氧化物钙钛矿，在镧中掺杂更活泼的金属锶进行调节。初始材料中加入的锶越多，表面演化越快，OER的活性越强。研究人员使用透射电子显微镜以原子分辨率观察了这一过程。研究人员发现，钙钛矿中锶的溶解和氧的损失促进了非晶表层的形成。

为了理解这些钙钛矿材料具有活性的原因，最后，应该讨论电解质中少量铁的作用。研究人员发现，微量铁可以促进其他无定形氧化物表面的OER。很明显钙钛矿的表面会演变成无定形的氧化物，所以我们可以理解为什么铁这么重要。

研究人员彼得·扎波尔(Peter Zapol)说:“科学家通过计算研究的手段了解钙钛矿表面与电解质之间的反应机制。我们集中于支配钙钛矿材料的活性和稳定性趋势的反应机制。这与以前的计算研究不同，以前的计算研究通常只关注显性活性的反应机制。

发现钙钛矿氧化物表面已经演变成厚度只有几纳米的富钴非晶薄膜。当电解液含铁时，它是h……pful加速OER，而富钴膜对铁有稳定作用，并能使其在表面保持活性。

这为设计钙钛矿材料提供了一种新的方法，例如开发更稳定和更OER促进的双层系统。盖世汽车讯水分解制氢是一种常见的制氢方法，其中一个关键步骤是析氧反应(OER)。OER可以从水中释放分子氧，这通常是缓慢的，这不仅对制氢很重要，对许多其他化学过程也很重要。

(来源:阿贡实验室)

据国外媒体报道，由美国能源部阿贡国家实验室科学家领导的一项研究显示，钙钛矿氧化物可以进行形态进化，有望加速OER。钙钛矿氧化物含有一系列晶体结构相似的化合物，通常包括碱土金属或稀土元素，如分子式ABO3中A位的La、Sr和B位的Co等过渡金属，它们与氧结合。这项研究有助于设计新材料，用于制造可再生燃料和储存能量。

钙钛矿氧化物可以促进OER，这比发挥同样作用的贵金属(如铱或钌)更具成本效益。然而，钙钛矿氧化物不像这些金属那样活跃(换句话说，它们加速了OER反应的效率)，并且倾向于缓慢降解。该研究的负责人Pietro Papa Lope说:“了解如何保持这些材料的活性和稳定性是我们的主要动机之一。我们想探索这两种特性之间的关系，以及它们与钙钛矿性质之间的关系。”

过去，人们着重研究钙钛矿材料的整体性能及其与OER活性的关系。现在，研究人员希望进一步探索材料的表面性质，即它与周围环境发生反应的地方可能与其他部分完全不同。想象一个被切成两半的鳄梨。一接触到空气，很快就会变色，但里面还是好的。这可能对理解钙钛矿材料的性质有重要影响。

在将水分解为氢气和氧气的水电解器系统中，钙钛矿氧化物与由水和特殊盐组成的电解质相互作用，形成支持设备运行的界面。当施加电流时，界面在刺激水分解过程中起关键作用。洛佩斯说:“材料的表面是影响析氧反应的最关键因素，比如需要多大的电压，会产生多少氧气和氢气。”

在电化学循环中，镧钴氧化物钙钛矿的表面析出是通过A位溶解和氧晶格析出，形成具有析氧活性的非晶膜。

钙钛矿氧化物的表面不同于其他材料，会随着时间而变化。研究人员表示，一旦进入电化学系统，钙钛矿表面将演变成一层薄的非晶薄膜，与最初的材料不同。

研究人员将理论计算与实验相结合，以确定钙钛矿材料的表面在OER期间是如何演变的。为了得到准确的结果，他们研究了镧钴氧化物钙钛矿，在镧中掺杂更活泼的金属锶进行调节。初始材料中加入的锶越多，表面演化越快，OER的活性越强。研究人员使用透射电子显微镜以原子分辨率观察了这一过程。研究人员发现，钙钛矿中锶的溶解和氧的损失促进了非晶表层的形成。

为了理解这些钙钛矿材料具有活性的原因，最后，应该讨论电解质中少量铁的作用。研究人员发现，微量铁可以促进其他无定形氧化物表面的OER。很明显钙钛矿的表面会演变成无定形的氧化物，所以我们可以理解为什么铁这么重要。

研究人员彼得·扎波尔(Peter Zapol)说:“科学家通过计算研究的手段了解钙钛矿表面与电解质之间的反应机制。我们集中于支配钙钛矿材料的活性和稳定性趋势的反应机制。这不同于以前的计算研究，…ich通常只关注显性活动的反应机制。

发现钙钛矿氧化物表面已经演变成厚度只有几纳米的富钴非晶薄膜。电解液含铁时，有助于加速OER，而富钴膜对铁有稳定作用，能使其在表面保持活性。

这为设计钙钛矿材料提供了一种新的方法，例如开发更稳定和更OER促进的双层系统。

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