具有微观结构应变的焦绿石-钙钛矿双相电催化剂用于氧演化反应

《Chemistry of Materials》：Microstructurally Strained Pyrochlore–Perovskite Biphasic Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction

氧析出反应催化剂双相氧化物YPrSrRuMnO_x通过晶格应变工程提升性能，其微应变源于不同相晶格失配，导致活性位点吸附动力学增强，比单相活性高3.1倍、TOF达2.4倍，酸性稳定性提高3倍。

　　

水分解制氢的效率通常受到异相氧演化反应（OER）中所需多次电子转移缓慢动力学的限制。降低高OER过电位的催化剂设计仍然是一个重大的科学挑战。晶格应变工程是一种调节活性位点电子结构和表面几何配置的方法，可以显著影响吸附物与催化表面之间的相互作用，从而提高催化剂的活性和稳定性。在本研究中，我们合成了YPrSrRuMnO_x双相氧化物，该氧化物由Y₂Ru₂O₇焦绿石相和(Pr_0.7Sr_0.3)MnO₃钙钛矿相组成，并开发了一种合适的分析方法来研究应变与催化性能之间的关系。线性扫描伏安法结果表明，在0.1 M HClO₄电解质中，双相氧化物的质量活性比单相Y₂Ru₂O₇高出约3.1倍，转化频率（TOF）也高出2.4倍。此外，双相催化剂在酸性条件下的稳定性比单相氧化物高约3倍。X射线光电子能谱、氮等温吸附和电化学表面积分析表明，氧化态、比表面积和电化学表面积对OER性能的改善影响不大。我们使用三种不同的结构模型研究了不同相之间的晶格失配对电催化作用的影响。具体来说，我们比较了Williamson–Hall方法、标准应力–应变分析以及Rietveld精修方法在分析结构–性能关系中的应用。通过几何相位分析（GPA）进行的应变测绘进一步发现，双相氧化物中的晶界附近存在显著的微应变和晶格位错，而单相材料中则没有这种现象。研究结果表明，微应变的增加与OER性能的改善密切相关，因为双相氧化物的微应变比Y₂Ru₂O₇焦绿石相高2–3倍。