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[材料资讯] 杨维慎等揭示含钡钙钛矿材料高温氧活化机制

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发表于 2022-4-25 09:51:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,我所无机膜与催化新材料研究组(504组)杨维慎研究员、朱雪峰研究员团队与电镜技术研究组(DNL2002)刘伟研究员、理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员等合作,发现了在高温富氧条件下,含钡(Ba)材料表面析出的BaO/BaO2纳米粒子对氧活化具有超高的活性,是氧交换反应的活性位点。这一发现对揭示含Ba钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义。
  Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)材料是杨维慎团队于2000年首次合成的具有国际领先水平的透氧膜材料(J. Membrane Sci.,2000)。该材料不仅是国际透氧膜材料性能对标的代表性材料,而且作为电催化材料被广泛应用到高温和低温ORR、OER等反应中。

钙钛矿

钙钛矿
  为揭示BSCF钙钛矿具有优异性能的本质原因,研究团队对氧渗透动力学进行了深入分析,发现Ba的掺入能够显著加快氧表面交换反应速率。并且,研究团队利用环境电镜直接观测到BSCF材料在高温富氧气氛中表面会析出BaOx纳米粒子,同时利用电化学测试证明了BaOx以及能够析出或分解得到BaOx的含Ba材料对氧活化过程具有很高的催化活性。此外,研究团队结合DFT计算发现,析出的BaOx纳米粒子能够显著降低氧还原过程中氧分子吸附解离以及氧析出过程中氧离子复合脱附过程的能垒,从而加快了气—固界面的氧交换反应动力学。该项研究将为透氧膜材料和电催化材料的优化设计提供科学基础。
  相关研究成果以“Oxygen Activation on Ba-containing Perovskite Materials”为题,于近日发表在《科学进展》(Science Advances)上。该工作的共同第一作者是我所博士后祝悦、联合培养博士研究生刘冬冬、博士研究生井慧娟。上述工作得到中科院B类先导专项“能源化学转化的本质与调控”、国家自然科学基金和中国博士后基金等项目的资助。(文/图 祝悦)
  文章链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn4072


       文章来源:大连化物所
       杨维慎,中国科学院大连化学物理研究所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,国家973项目首席科学家。1990年3月获中科院大连化学物理研究所理学博士学位。先后在英国Birmingham大学(1989)、德国Inst. Interfacial Eng. Biotech. (1999)、美国Univ. Southern California(2001)等研究单位及大学作访问学者;发表学术论文180余篇;专利授权20余件;承担多项国家基金委重点基金项目、国家863项目、国家973项目以及国际合作项目;任5th International Conference on Catalytic Reactions in Memebrane Reactor (2002) 国际会议主席以及多个系列国际膜分离及膜催化会议学术委员会委员;获中国化学会青年化学奖(1998)及辽宁省自然科学一等奖(2006)。
        朱雪峰,博士,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员。2001年7月毕业于北京师范大学获理学学士学位,2007年3月毕业于中国科学院大连化学物理研究所获理学博士学位;2007年3月被聘为中科院大连化物所助理研究员;2008年在美国Arizona State University做博士后研究;2009年9月被聘为中国科学院大连化学物理研究所副研究员;2011年3月被聘为项目骨干;2013年入选中国科学院青年创新促进会;2014年7月被聘为研究员。主持多项国家自然科学基金项目以及企业科研项目。作为研究骨干参加过多项重大项目研究,如:科技部973项目;BP-中科院面向未来清洁能源计划2002年-2011年等。在本领域国际著名期刊发表研究论文50多篇,综述2篇,参与撰写两部学术专著,并获授权和申请中国专利10多项。
        刘伟,男,研究员。1983年10月生,2017年加入中国科学院大连化学物理研究所。以原位环境电镜方法为主要手段,在原子分辨率、工况条件下研究纳米催化构效关系。在Nature Catal.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nature Commun.等发表SCI论文71篇,他引累计1246次;其中以第一或通讯作者在Nature Catal.、ACS Catal.、Nano Lett.、Carbon等国际期刊发表论文17篇,参与撰写1部英文电子显微专著《Progress in Nanoscale Characterization and Manipulation》(3.4 Focal Series Reconstruction电子出射波重构)。入选2013年度北京航空航天大学优秀博士论文,2018年度大连市紧缺人才,2019年入选中国科学院青年创新促进会会员;参与撰写英文电子显微专著《Progress in Nanoscale Characterization and Manipulation》,参加全国催化研究方法高级讲习班,主讲《催化剂透射电子显微分析》。
      

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