董飞飞副教授、林展教授，Journal of Power Sources观点：钼调控优化钙钛矿氧化物B位工程助力高效析氢催化

通讯作者：董飞飞

单位：广东工业大学

作为全球可持续经济发展的研究热点，储能与能量转换技术在太阳能/电解水和可充电金属空气电池的开发中备受关注。电解水作为一种无污染的反应途径，能够高效地将电能转化为以氢气形式储存的化学能。与传统化石燃料相比，氢气被认为是一种清洁、高能量密度且碳排放量可忽略的能源。然而，析氢反应（HER）在阴极的动力学较慢，成为大规模工业制氢的主要瓶颈。因此，开发高效 HER 电催化剂以降低反应能垒至关重要。尽管 Pt 基材料已被广泛应用于 HER，商业 Pt/C 催化剂作为基准表现出优异的催化性能，但其操作稳定性差、合成工艺复杂及高成本等问题限制了实际应用。为此，开发资源丰富、高活性且耐用的 HER 电催化剂是实现经济高效制氢的关键。

基于此，广东工业大学的林展教授和董飞飞副教授在知名期刊Journal of Power Sources上发表题为“Molybdenum-tailored perovskite oxides for efficient electrocatalytic hydrogen evolution via B-site engineering in alkaline media”的研究论文。该工作报道了一种通过B位Mo掺杂改性的碱性析氢钙钛矿氧化物催化剂Ba_0.5Sr_0.5Co_1-xMo_xO_3-δ (x = 0, 0.05, 0.1, 0.2；即为BSC, BSCM5, BSCM10, BSCM20)。得益于高价态Mo⁶⁺的引入，该催化剂在降低过电位、优化钙钛矿晶型稳定性及提升电荷传递速率方面表现出显著优势。研究进一步凸显了 Mo 掺杂钙钛矿氧化物在碱性HER中的高效性和耐久性，展现出其作为未来可持续能源技术催化剂的巨大潜力。

本文通过溶胶-凝胶法成功制备了钙钛矿氧化物BSCM10。XRD精修结果和HRTEM分析表明，BSCM10具有单一的立方相结构，其高对称性有助于提升电化学性能。EDS映射进一步确认体系内元素分布均匀，无明显偏析或局部扩散现象。

图1. (a) BSCMx系列 (x = 0, 0.05, 0.10, 0.20) 的XRD图谱。(b) BSCM10的XRD精修结果。(c) BSCMx系列的拉曼光谱。(d) BSCM10的HR-TEM图像及其对应的FFT图案（插图）。(e) BSCM10的EDS元素分布图。

要点二：B位掺杂高价金属Mo利于增加氧空位浓度

通过Co 2p的XPS谱图分析金属离子价态，并结合碘量滴定实验结果，明确了材料的氧空位浓度。结果表明，B位掺杂高价态金属Mo后，BSCM10的氧空位浓度显著高于其他掺杂比例的催化剂。O 1s光谱显示，BSCM10的吸附氧与晶格氧比值最高，这与其优异的催化活性相一致。此外，EPR实验进一步证明，BSCM10在g = 2.003处的信号强度显著增强，表明其具有最高的氧空位浓度。

图2. (a) BSCMx系列的Co 2p XPS光谱。(b) BSCMx系列的O 1s XPS光谱。(c) 基于O 1s XPS光谱的氧物种定量分析。(d) BSCMx系列的EPR光谱，显示在g = 2.003处的信号。

要点三：电催化HER性能

在1M KOH电解液中，BSCM10展现出最佳的电催化析氢性能，其在10 mA cm^-2电流密度下的过电位仅为243 mV，显著低于母体BSC。EIS分析显示，BSCM10具有最小的电荷传递电阻，表明其反应动力学更为快速。此外，通过计时电位测试评估其稳定性，BSCM10在连续60小时的测试后过电位几乎无变化，表现出卓越的电化学活性和稳定性。

图3. (a) BSCMx系列的LSV极化曲线。(b) BSCMx系列在TMAOH和KOH电解质中的HER催化活性对比。(c) 根据极化曲线计算的BSCMx系列的Tafel斜率。(d) BSCMx系列的EIS分析。(e) BSCMx系列在恒定电流密度-10 mA cm^-2下的计时电位测试结果。

Molybdenum-tailored perovskite oxides for efficient electrocatalytic hydrogen evolution via B-site engineering in alkaline media

博士，博士后，副教授，硕士生导师，广东工业大学“青年百人计划”A层次引进人才。近年来主要从事高温燃料电池及电催化相关领域的应用基础研究。迄今已在ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., Small, Small Methods, J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., J. Energy Chem., J. Power Sources等重要期刊上发表SCI收录论文50多篇，Google Scholar引用次数2200余次，h-index为26。申请中国发明专利8项和美国发明专利1项。主持国家自然科学基金青年基金，广东省自然科学基金面上项目，广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金，广东省普通高校青年创新人才类项目等基金项目。