调控双钙钛矿中高熵组分促进高温析氧反应

固体氧化物电解池(SOEC)中阳极析氧反应动力学较为迟缓,限制了SOEC器件电催化转化能力,因此针对阳极材料的改性研究对于进一步提升SOEC电化学性能十分关键。高熵钙钛矿(HEP)在许多反应中表现出良好的催化活性,但在SOEC中的应用鲜有研究。本文通过在双钙钛矿的A位或A'位分别掺杂不同的稀土金属、碱土金属或碱金属离子,合成了(Pr_(0.2)La_(0.2)Sm_(0.2)Nd_(0.2)Gd_(0.2))BaCo_(2)O_(6-δ)(A-HEP)和Pr(Ba_(0.2)Sr_(0.2)Ca_(0.2)Na_(0.2)K_(0.2))Co_(2)O_(6-δ)(A'-HEP)两种高熵钙钛矿材料。由于掺杂离子平均半径和氧化态的差异,A-HEP保持四方双钙钛矿相结构而A'-HEP则转变为正交单钙钛矿相。物理化学表征结果表明,A-HEP中Co平均价态更高,Co 2p-O 1s杂化更强,从而增加了电子转移路径并降低了转移能垒。同时,A-HEP中表面氧空位浓度更高,可为阳极析氧反应提供更多的活性位点。因此,在具有A-HEP阳极的SOEC中,与氧输运、电子传输和表界面反应过程相关的阳极极化电阻显著降低,并在800℃下实现最高1.76 A·cm^(-2)的电流密度和200 h的稳定性。本工作为高熵钙钛矿材料在SOEC阳极中的应用提供了新的策略。

低共熔溶剂辅助制备空心球状钙钛矿型高熵氧化物及高倍率储锂性能

近年来高熵氧化物因其独特的四大效应,作为高性能的锂离子电池(LIBs)负极材料受到广泛关注.本研究借助于形貌和缺陷调控策略调控晶格畸变和氧空位,以金属硝酸盐为金属源,葡萄糖和尿素为低共熔溶剂,采用基于低共熔溶剂辅助的固相反应法制备了La(Co_(0.2)Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2))O_(3)以及Li、Na元素掺杂的La(Li_(1/6) Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)和La(Na_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)钙钛矿型高熵氧化物纳米晶粉体.测试结果表明:所制备的高熵氧化物均为单相钙钛矿结构,其形貌为具有介孔结构的空心球状且各组成元素分布均匀.储锂性能表明:La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)电极展示了最高的比容量(电流密度200 mA·g^(-1)下循环100圈的可逆比容量为410.0mAh·g^(-1))和优异的倍率性能(100 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为342 mAh·g^(-1),3000 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为169.43 mAh·g^(-1),容量保持率为49.4%).虽然La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)具有略小的D_(Li)~+,但适当的晶格畸变、氧空位和较高的比表面积使其具有更高的电导率(0.072 S·cm^(-1))以及更小的阻抗,从而显著提升了材料的比容量和倍率性能.该项工作为开发出高性能LIBs的先进负极材料提供了新的设计理念和思路.