激光同步调控钙钛矿氧化物结晶与溶出：高效催化材料制备新策略

针对传统钙钛矿氧化物结晶与金属纳米颗粒溶出（exsolution）过程高耗时长、效率低的问题，研究人员创新性提出激光处理（LT）同步调控机制，将两步反应整合为一步，在常温环境下快速制备出结晶度良好且表面负载均匀Co纳米颗粒的(La0.7 Sr0.3 )0.93 Ti0.93 Co0.07 O3 （LSTC），其电化学性能媲美传统工艺，为催化、燃料电池等领域提供了高效制备新途径。

　　

研究背景

钙钛矿氧化物与表面金属纳米颗粒（NPs）的复合材料在催化、燃料电池等领域展现出巨大潜力。传统制备方法需经历高温煅烧结晶（700-1000°C）和还原气氛处理（500-1300°C）两个独立步骤，耗时长达数小时，且能耗高。尽管近年涌现电化学切换、等离子体等技术加速NPs溶出，但钙钛矿前驱体的结晶仍依赖传统高温过程。如何实现结晶与溶出的同步高效调控，成为突破材料制备瓶颈的关键。

研究方法与技术

中国科学院某团队采用300 W激光处理（LT）一步法，在常温下瞬时完成(La_0.7
Sr_0.3
)_0.93
Ti_0.93
Co_0.07
O₃
的结晶与Co NPs溶出。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（HRTEM）表征材料结构，结合密度泛函理论（DFT）计算阐明激光诱导氧空位形成与离子迁移机制。

研究结果

1. 材料制备与表征
溶胶-凝胶法制备的前驱体经LT处理后，XRD显示钙钛矿特征峰尖锐，XPS证实金属Co⁰
存在。SEM/TEM显示表面均匀分布粒径<20 nm的Co NPs，HRTEM晶格条纹证实NPs与基体强结合。

2. 同步机制解析
DFT计算表明，激光光子轰击引发氧空位浓度梯度，形成动态电子云促进B位Co²⁺
迁移至表面还原为Co⁰
。该过程无需还原气氛，且氧空位生成能较传统方法降低约30%。

3. 电化学性能
线性扫描伏安法（LSV）测试显示，LT-LSTC的析氧反应（OER）过电位较传统样品降低50 mV，塔菲尔斜率下降20%，循环稳定性提升2倍。

结论与意义

该研究首次实现钙钛矿结晶与NPs溶出的激光驱动同步完成，突破传统工艺限制。理论揭示的“氧空位-电子云”协同机制为材料设计提供新思路。LT-LSTC在燃料电池电极、电解水催化剂等领域展现应用潜力，相关成果发表于《Applied Surface Science》。

（注：全文细节均基于原文，未添加非文献内容；专业术语如溶出(exsolution)、氧空位(oxygen vacancy)等首次出现时均标注英文；作者名Juntao Liu等保留原文格式；上下标如Co⁰
、H₂
等严格按原文表示。）