大连化物所揭示含钡钙钛矿材料高温氧活化机制

近日，中国科学院大连化学物理研究所无机膜与催化新材料研究组研究员杨维慎/朱雪峰团队与电镜技术研究组研究员刘伟、理论催化创新特区研究组研究员肖建平等合作，发现了在高温富氧条件下，含钡（Ba）材料表面析出的BaO/BaO₂纳米粒子对氧活化具有超高的活性，是氧交换反应的活性位点。该研究对揭示含Ba钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义。

Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ（BSCF）材料是杨维慎团队于2000年首次合成的的透氧膜材料（J. Membrane Sci.）。该材料是国际透氧膜材料性能对标的代表性材料，作为电催化材料，广泛应用到高温和低温ORR、OER等反应中。

为揭示BSCF钙钛矿具有优异性能的本质原因，研究剖析了氧渗透动力学，发现了Ba的掺入能够显著加快氧表面交换反应速率。研究利用环境电镜直接观测到BSCF材料在高温富氧气氛中表面会析出BaO_x纳米粒子，并利用电化学测试证明了BaO_x以及能够析出或分解得到BaO_x的含Ba材料对氧活化过程具有很高的催化活性。此外，研究结合DFT计算发现，析出的BaO_x纳米粒子能够显著降低氧还原过程中氧分子吸附解离以及氧析出过程中氧离子复合脱附过程的能垒，从而加快了气—固界面的氧交换反应动力学。该研究为透氧膜材料和电催化材料的优化设计奠定科学基础。

相关研究成果以Oxygen Activation on Ba-containing Perovskite Materials为题，发表在《科学进展》（Science Advances）上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项（B类）“能源化学转化的本质与调控”、国家自然科学基金和中国博士后科学基金等的支持。

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