综述：质子陶瓷电池中漫反射红外傅里叶变换光谱技术（DRIFTS）的综合评述：现状与未来展望

这篇综述系统阐述了漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）在质子陶瓷电池（PCCs）研究中的关键作用，重点探讨了该技术对氧电极、质子电解质和氢电极的表面反应机制解析。文章揭示了DRIFTS在揭示质子水合行为（如-OH峰）、中间产物（如CO2/CO吸附）及催化路径（如甲烷干重整DRM）中的独特优势，同时指出其在定量分析和原位（operando）应用中的挑战，为下一代高性能PCCs的设计提供了方法论指导。

　　

质子陶瓷电池与DRIFTS技术的融合

质子陶瓷电池（PCCs）作为中温（300–600°C）能源转换器件，兼具燃料灵活性（如H₂/CH₄）和低排放优势。其核心组件包括三传导氧电极（H⁺/O^2?/e^?）、质子电解质（如BaZr_0.8Y_0.2O_3?δ）和金属陶瓷氢电极（如Ni-BZY）。DRIFTS技术通过红外振动光谱（4000–400 cm^?1）实时监测表面物种，例如羟基伸缩振动（3800–3200 cm^?1）反映质子水合行为，为材料优化提供直接证据。

氧电极：质子捕获与掺杂效应

三传导氧电极（如PrNi_0.5Co_0.5O_3?δ）的性能依赖质子捕获能力。Zn或Cs掺杂可显著增强PrBaCo₂O_5+δ（PBC）的水合反应，DRIFTS显示Cs掺杂后-OH峰强度提升3倍，与热重分析（TGA）测得的质子溶解度数据吻合。蒸汽处理诱导的相变（如立方相Pr_0.5Ba_1/6Sr_1/6Ca_1/6CoO_3?δ）进一步促进表面羟基化，XPS证实氧空位浓度增加50%。

电解质：水合动力学与烧结优化

Sc掺杂BaZrO₃（BZSc）的DRIFTS谱显示两类质子环境：Zr-OH-Zr（3600 cm^?1）和Zr-OH-Sc（3350 cm^?1），后者在低温下主导质子陷阱效应。溶胶-凝胶法制备的BaCeO₃电解质因残留碳酸盐（1420 cm^?1）致密化困难，而固相反应法可完全消除碳酸盐峰，烧结密度提升20%。

催化反应：从机理到器件集成

在CO₂电解中，Ni-BZY界面促进C-H键形成（3015 cm^?1），而Sr₂Fe_1.4Mo_0.5O_6?δ-Ni_0.175电极通过抑制甲酸盐路径（1540 cm^?1）实现CO选择性>98%。甲烷重整中，Ni-Rh双金属催化剂通过关键中间体CHOH*（1440–1400 cm^?1）触发碳自清洁，使电池寿命延长至500小时。丙烷脱氢（PDH）催化剂La/Ni-SrTiO₃的原位DRIFTS揭示Ni⁺（2090 cm^?1）向金属Ni（1950 cm^?1）的还原过程，与53%的丙烷转化率直接关联。

挑战与跨学科突破

当前DRIFTS的定量分析受Kubelka-Munk函数非线性限制，而高温窗口材料（如CaF₂）的稳定性亟待解决。机器学习辅助的谱图解析（如PdH_x结构预测）和同步辐射联用技术将成为未来研究热点，推动PCCs从实验室走向规模化应用。