二元氧化物覆盖层对(La,Sr)CoO3-δ热化学稳定性及表面形貌的调控机制研究

这篇研究通过综合表征技术（ToF-SIMS/XPS/AMES/SEM-EDX），揭示了钙（CaO）和锡（SnO2）二元氧化物覆盖层对La0.6Sr0.4CoO3-δ（LSC）高温稳定性及锶（Sr）偏析行为的影响，表明表面酸性调控可改变二次相形成路径，但无法抑制Sr偏析，为混合离子电子导体（MIEC）表面改性策略提供了新见解。

　　

Highlight

本研究结合飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇-迈特纳电子能谱（AMES）和扫描电镜/能谱分析（SEM/EDX），系统分析了La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ（LSC）薄膜在800°C退火后，钙（CaO）和锡（SnO₂）覆盖层对其表面化学与形貌的调控作用。

表面形貌分析

SEM图像显示，经800°C处理的LSC表面均出现颗粒形成，但不同覆盖层导致显著差异：未修饰LSC呈现均匀小颗粒，CaO修饰（碱性）样品出现孔隙和大颗粒聚集，而SnO₂修饰（酸性）样品则形成独特岛状结构。EDX证实SnO₂修饰表面存在Sn富集区，且Sr偏析产物分布与覆盖层酸碱性密切相关。

讨论

LSC高温行为的核心矛盾在于：静电效应（电荷补偿）和弹性效应（晶格应变）共同驱动Sr偏析。CaO覆盖层通过碱性调控促进Sr-O键断裂，加速SrCO₃形成；SnO₂则通过酸性抑制气相杂质吸附，但无法阻止Sr向表面迁移。覆盖层与LSC的互扩散行为（如Ca渗透至亚表面）进一步复杂化了界面化学。

结论

二元氧化物覆盖层虽不能阻断Sr偏析，但通过调控表面酸性可显著改变二次相形成机制：碱性CaO促进SrCO₃结晶，酸性SnO₂诱导纳米岛结构。该发现为设计抗降解的混合离子电子导体（MIEC）电极提供了新思路——"表面酸性工程"或将成为优化固体氧化物燃料电池（SOFC）性能的关键杠杆。