界面电场增强耐水性：Mn掺杂六方钴钙钛矿在高湿空气中实现高效臭氧分解

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Interface electric field-induced water resistance enhancement boosts ozone decomposition over Mn-doped hexagonal Co-perovskite in high humid air

本文报道了一种通过Mn掺杂六方钙钛矿Sr6Co5O15构建SrMnO3/Mn-Sr6Co5O15异质结的新策略。该异质结在界面形成内置电场，促使电荷从SrMnO3向Sr6Co5O15转移，使催化剂表面富集负电荷，从而排斥水分子（H2O）的氧端，削弱其吸附。结合原位相变形成的活性SrCoO3相，该材料在90%相对湿度（RH）下实现100%臭氧（O3）分解，并保持60小时稳定性，为设计耐水催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

SCO在臭氧暴露下的原位相变（含Mn掺杂与无掺杂）

通过简单的溶胶-凝胶法合成了Sr₆Co₅O₁₅（简称SCO），经臭氧处理的样品命名为SCO-O（图1a）。此外，在SCO中引入不同比例的Mn，制备了SM_0.2C_0.8O、SM_0.4C_0.6O、SM_0.6C_0.4O（简称SMCO）和SM_0.8C_0.2O。作为对比，还合成了SrMnO₃（简称SMO）。类似地，经臭氧处理的SMCO和SMO样品分别命名为SMCO-O和SMO-O。具体的材料合成与表征方法见支持信息。

结论

本研究成功合成了六方钙钛矿型氧化物Sr₆Co₅O₁₅。发现在臭氧处理过程中，Sr₆Co₅O₁₅发生部分相变，形成了六方钙钛矿SrCoO₃，这降低了O₂^??的解吸能垒，显著提升了臭氧降解效率。适量的Mn掺杂形成Mn-Sr₆Co₅O₁₅，不仅进一步降低了O₂^??的解吸能垒和水的吸附能，还构建了SrMnO₃/Mn-Sr₆Co₅O₁₅异质结。界面处的内置电场触发了从SrMnO₃到Mn-Sr₆Co₅O₁₅的电荷转移，使得Mn-Sr₆Co₅O₁₅表面富集负电荷。这种电荷重排增强了材料的耐水性，通过排斥水分子的氧端来削弱其在活性位点上的吸附，从而在高湿条件下实现了卓越且稳定的臭氧分解性能。这项工作为通过异质结工程合理设计耐水催化剂提供了新的视角。