逆向原子捕获策略增强低温固体氧化物燃料电池阴极催化活性并抑制锶偏析

为解决SOFC阴极材料因活性位点不足和Sr偏析导致的ORR动力学缓慢及稳定性差的问题，研究人员开发了逆向原子捕获策略，通过WO3捕获Pr0.4Sr0.6CoO3-δ（PSC）表面Sr/O原子形成空位，显著提升氧还原活性（450℃下峰值功率密度达0.356 W cm-2）并抑制Sr偏析（260小时衰减率仅1.82%），为表面缺陷调控提供了新思路。

　　

固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高效能源转换特性被视为清洁能源技术的核心，但阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学和高温下锶（Sr）偏析导致的性能衰减长期制约其发展。传统钙钛矿材料如Pr_0.4Sr_0.6CoO_3-δ（PSC）虽通过Sr掺杂提升氧空位浓度，却因表面Sr与CO₂/H₂O反应形成绝缘相而失效。北京理工大学的研究团队创新性提出“逆向原子捕获”策略，利用酸性WO₃诱导PSC表面Sr/Co原子迁移，构建富含Sr/O空位的活性界面（V-PSC），相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

研究采用溶胶-凝胶法合成PSC粉末，通过不同比例WO₃烧结实现Sr原子捕获，结合X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱分析表面化学状态与ORR活性。同步辐射和密度泛函理论（DFT）计算揭示了空位对O 2p能带的调控机制。

催化剂制备
通过溶胶-凝胶法精确控制金属离子比例，制备PSC前驱体，WO₃混合烧结后获得V-PSC材料。

原子捕获过程
WO₃（1-3 wt%）与PSC界面作用驱动Sr/Co迁移，形成SrWO₄相并留下表面空位。XPS证实Sr²⁺含量随WO₃增加而降低，最佳2 wt%组氧空位浓度提升3倍。

性能与机制
V-PSC在450℃下峰值功率密度达0.356 W cm^-2，较原始PSC提升106.8%。DFT表明空位使O 2p能带上移，降低氧解离能垒（0.48 eV→0.21 eV）。260小时测试中，Sr表面富集浓度从15.7%降至4.3%，衰减率仅1.82%。

该研究通过原子级表面重构同时解决了ORR活性与稳定性矛盾，为SOFC低温化提供了可规模化应用的表面工程策略，其“捕获-空位-活化”机制可拓展至其他能源材料设计。