钙钛矿氧化物-氟化物固溶体用作电解水析氧催化剂

机械化学合成具有超高熵值的钙钛矿氧化物-氟化物固溶体

在机械合成过程中可以避免溶剂的使用以及长时间高温的过程,通过机械球磨来提供短程原位的能量促进离子扩散,进而实现钙钛矿氧化物与热不稳定卤化物的整合。

通过X 射线能谱元素分布图和X射线粉末衍射峰可以证明,在钙钛矿氧化物-氟化物固溶体中来自钙钛矿氧化物和氟化物的元素均匀地分布并形成了均一的结晶相。

当使用高熵钙钛矿氧化物和高熵钙钛矿氟化物作为原料时,可以获得超高熵值(4.37R,R代表气体常数8.314 J mol−1 K−1)的高熵钙钛矿氧化物-氟化物固溶体。

图. a) 高熵钙钛矿氧化物-氟化物固溶体X射线粉末衍射图;b)扫描电镜X射线能谱元素分布图;c) 高熵钙钛矿氧化物,氟化物以及固溶体中金属含量分布。

钙钛矿氧化物-氟化物固溶体用作电解水析氧催化剂

由于这种机械化学合成策略具有普适性,多种钙钛矿氧化物和氟化物都可以用作原料来合成固溶体。钙钛矿氧化物-氟化物固溶体在催化电解水析氧反应中,活性相对于其钙钛矿氧化物前驱体有显著的提高。

并且固溶体的催化活性可以通过优化钙钛矿氧化物与氟化物的组合,进而获得优于传统钙钛矿氧化物的电解水析氧催化活性。

钙钛矿氧化物-氟化物固溶体与钙钛矿氧化物的电解水析氧催化活性对比。

此工作通过机械化学的方法实现了钙钛矿氧化物-氟化物固溶体的合成。所得到的固溶体同时具有多元素和多价态的高度混合,均匀的元素分布和单相晶体结构,以及超高形成熵。

本文中研究了代表性的钙钛矿氧化物和氟化物的整合来实现电催化析氧活性的提高,而随着钙钛矿氧化物和卤化物的快速发展,这种普适性的固溶体合成策略可以在大量的钙钛矿氧化物和卤化物中灵活的选择合理的组合,进而实现钙钛矿性能的进一步突破。

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