铁掺杂钙钛矿LaCoO3作为电催化析氧反应催化剂：通过优化Co 3d-O 2p 共价程度和Co离子自旋态来提高催化剂性能

电催化析氧反应（OER）是一种在金属-空气电池和水电解池等多种能源存储和转换技术中具有关键作用的过程。钙钛矿材料（ABO₃）有着成本低、结构稳定等诸多优势，有望在未来取代氧化钌（RuO₂）和氧化铱（IrO₂）等传统贵金属氧化物，成为新型OER催化剂。科研人员通过大量理论和实验总结发现钙钛矿材料的OER催化活性与其过渡金属元素的电子结构有着密切的关联，并更进一步的通过A位、B位掺杂和材料纳米化等尝试，改变了原钙钛矿材料B位金属元素的电子结构，成功提高了钙钛矿催化剂的活性。为进一步揭示现象背后的深层规律， 从而为电催化材料的设计提供具体的指导，需要对元素掺杂或尺寸调控对B位元素电子结构产生影响的深层机理进行揭示。

近日，新加坡南洋理工大学徐梽川（点击查看介绍）课题组通过研究B位铁掺杂对钙钛矿材料LaCoO₃物理性质和电化学性能的影响，揭示了此种掺杂调控的机理。不同比例铁掺杂样品的电化学性能对比中，铁含量为10 at%的LaCoO₃表现出较高的催化活性。该团队通过X射线吸收近边谱和DFT理论计算，发现10 at%的铁掺杂导致了钙钛矿LaCoO₃ 由绝缘体到半金属性质的转变，并证实了这一转变提高了Co 3d-O 2p 的共价程度，进而提升了OER反应的活性。同时，磁学实验结合理论计算证明了铁掺杂对B 位钴金属元素自旋态的影响和对Co 3d-O 2p 共价程度的改变。此项研究不仅详细论述了B位铁掺杂调控钙钛矿LaCoO₃ 的Co 3d-O 2p 共价程度的原理，而且对于设计优化其他氧化物催化剂的性能也有着借鉴意义。

相关工作发表在Chemistry of Materials 上。

该论文作者为：Yan Duan, Shengnan Sun, Shibo Xi, Xiao Ren, Ye Zhou, Ganlu Zhang, Haitao Yang, Yonghua Du, Zhichuan J. Xu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Tailoring the Co 3d-O 2p Covalency in LaCoO₃ by Fe Substitution to Promote Oxygen Evolution Reaction

Chem. Mater., 2017, 29, 10534–10541, DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b04534

导师介绍

徐梽川

http://www.x-mol.com/university/faculty/38302