開發高效、穩定、經濟的析氧反應(OER)電催化劑可以提高電解水等電解技術的性能。金屬氧化物,特別是雙金屬氧化物(AxByOz,具有長排列的有序晶體結構,其中A位點是非活性金屬陽離子,B位是活性金屬陽離子)由于其相對較低的成本和穩定的高活性,是有希望的候選者。其中,釕酸焦綠石(A2Ru2O7)因其無Ir特性和在酸性水氧化中的潛在性能而受到特別關注。但高溫(≈1100 °C)和長時間焙燒(超過12 h)限制了其可設計的幾何構型和組成調控,進一步降低了其技術和經濟可行性。
基于此,北京化工大學王峰和張正平等提出了一種節能和省時的方法,在較低的煅燒溫度(600 °C)和較短的煅燒時間(6 h)下,通過Pb離子誘導的A位取代來制備焦綠石型釕酸釔(Y2Ru2O7-δ,YPRO)。
具體而言,作為相對原子質量最大的穩定元素,Pb及其陽離子具有較大的原子/離子半徑;同時,Pb的低熔點使得Pb取代過程具有較大的熱膨脹系數和較低的表面能。Pb離子的引入會在煅燒過程中產生局部表面壓縮,從而提供額外的驅動力來克服有序相變的阻力,降低了YPRO的合成溫度和時間。
由于低溫合成的優勢,與高溫(1000 °C)制備的無取代焦綠石型釕酸釔(YRO)相比,Pb取代釕酸釔(YPRO)表現出富集的孔隙和有缺陷的幾何結構。此外,Pb取代還改變了[RuO6]單元的幾何結構和電子結構,進一步導致了電性能的提高和活性位點數目的增加,從而協同提高了在寬pH條件下的析氧電催化性能。
總的來說,該項工作所提到的取代誘導的相變應力策略可以促進其他復合氧化物在電化學應用中的技術和經濟可行性,并為調控高溫材料的幾何結構和電子結構提供了策略。
Lead-induced microstrain in synthesis and manipulation of porous pyrochlore for boosting oxygen Evolution reaction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306176
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