Pr掺杂诱导BiFeO3双位点氧化物路径实现高效碱性析氧反应

来自前沿电催化领域的研究人员通过Pr3+精准调控BiFeO3钙钛矿A位占据，揭示了异原子双位点驱动的氧化物路径机制（OPM）。该研究结合DFT计算与实验证实，Pr掺杂可优化电子态密度重叠、调节d带中心、促进*O自由基形成，使Bi0.6Pr0.4FeO3@NF在1.0 M KOH中仅需228 mV过电位即可达到10 mA cm?2，并具备100小时稳定性，为过渡金属钙钛矿电催化剂设计提供新策略。

　　

稀土元素凭借独特的电子构型成为电子结构的高效调控者。当占据过渡金属钙钛矿铁氧体A位时，它们尤其在析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）中展现出卓越催化性能。本研究通过Pr³⁺替代精准调控了BiFeO₃的A位占据，系统探究了Pr掺杂浓度对OER中间体吸附与转化的影响，揭示了异原子双位点驱动的氧化物路径机制（Oxide Path Mechanism, OPM）。密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）模拟与实验结果表明，适量Pr掺杂可增强电子态密度重叠、调节d带中心、促进O自由基生成，并优化关键反应中间体的吸附行为。同时，Pr诱导的晶格畸变有效缩短双位点间距，从而加速O–O*耦合，使OER机制转向以Pr/Bi位点和Fe位点主导的双位点OPM路径。值得注意的是，Bi_0.6Pr_0.4FeO₃@NF在1.0 M KOH电解液中表现出最优OER性能，其10 mA cm^?2和50 mA cm^?2过电位分别仅为228 mV与309 mV，电荷转移电阻低至0.828 Ω，且在100 mA cm^?2高电流密度下稳定性超过100小时。该研究为提升过渡金属基钙钛矿电催化剂的水氧化性能提供了实用有效的设计策略。