程振祥/陆亚林/傅正平等AS：钨青铜结构氧化物中的低价态Co2+替代高价态Nb5+位产生氧空位促进析氧活性- 大数跨境

首页

程振祥/陆亚林/傅正平等AS：钨青铜结构氧化物中的低价态Co2+替代高价态Nb5+位产生氧空位促进析氧活性

科学材料站

2020-10-04

导读：该工作首次报道了高本征OER活性的掺杂钨青铜相TTB结构。TTB可以通过低价Co2+和大量Ovac的和谐共存来维持其结构。

文章信息

在钨青铜氧化物中的高价态Nb5+位引入低价态Co2+产生氧空位促进析氧活性

第一作者：Xiaoning Li（李晓宁）

通讯作者：Zhenxiang Cheng(程振祥)*，Zhengping Fu(傅正平)*，

单位：伍伦贡大学，中国科学技术大学

研究背景

许多绿色能源器件的效率受限制于析氧反应(OER)。在OER反应中，对于传统的吸附质演化机制(AEM)，限速步骤是通过水或羟基在单个金属活性位点上对氧的亲核攻击形成氧-氧键(ER型机制)。这一步骤可以通过在两个相邻活性位点上的相邻氧物种之间直接形成氧-氧键来避免(LH型机制)。

一般的， LH型机制速率更快，但它要求两个活性位点之间的距离足够短。如果只有金属阳离子具有OER活性时，那么激活LH型机理仍然是一个挑战，因为两种金属阳离子在氧化物催化剂中被氧阴离子在空间上分开。因此，理性设计新型OER催化剂，以提供更快的反应机制，具有重要意义。

文章简介

近日，澳大利亚伍伦贡大学程振祥教授和中国科学技术大学陆亚林课题组的傅正平副教授在国际顶级期刊Advanced Science (影响因子：15.840) 上发表题为“High Oxygen Evolution Activity of Tungsten Bronze Oxides Boosted by Anchoring of Co2+ at Nb5+ Sites Accompanied by Substantial Oxygen Vacancy”的研究工作。

该工作努力致力于探索一种新型灵活结构，可以容纳大量氧空位，同时能够提供金属阳离子的电子结构操纵自由度。具体通过在四方钨青铜(TTB)结构的Sr0.5Ba0.5Nb2-xCoxO6-δ中的高价态Nb位置锚定低价态Co。Co在Nb5+位置的占据导致大量表面氧空位(Ovac)的生成，而Co本身被相邻的Ovac稳定在低价态低自旋的Co2+。

Ovac和LS Co2+的共存促进了一种快速的氧嵌入机制，最佳样品在1.7 V的单位活性比商业IrO2高20倍。这项工作为合理设计具有超快动力学的OER电催化剂提供了一条全新的途径。

本文要点

要点一：该工作首次报道了高本征OER活性的掺杂钨青铜相TTB结构。TTB可以通过低价Co2+和大量Ovac的和谐共存来维持其结构。

要点二：由于这种神奇的组合，制备的SBNC45样品采用氧嵌入机制，即非协同的质子-电子转移过程，不仅能够加速OER，而且不会损害结构和性能的稳定性。

要点三：该工作表明，氧嵌入机制具有高反应速率和良好稳定性，比ER机制和LH机制更有优势。同时，并且在灵活结构中的高价态位点掺杂低价阳离子是提高OER活性的有效策略。

文章链接

High Oxygen Evolution Activity of Tungsten Bronze Oxides Boosted by Anchoring of Co2+ at Nb5+ Sites Accompanied by Substantial Oxygen Vacancy

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002242

通讯作者介绍

程振祥，卧龙岗大学教授。

2001毕业于山东大学，获得材料科学博士学位。2002年工作于卧龙岗大学超导和电子材料研究所。2003-2005年，进入日本国家材料科学研究所工作。2005年底，他回到卧龙岗大学超导和电子材料研究所，2009年获得澳大利亚政府FUTURE FELLOWSHIP(相当于我国的杰出青年基金获得者)。主要研究方向集中在固体物理领域的铁性材料、物理、能源等，在Science, Nature Materials, Nature Communcation, JACS, PRL, Physics Report众多杂志上共发表400多篇SCI 文章。

https://scholars.uow.edu.au/display/zhenxiang_cheng

傅正平，副教授。

1999年博士毕业于中国科学技术大学并留校工作，2001.09-2001.12在德国Chemnitz大学物理系做访问学者，2003.12-2004.12 在台湾清华大学物理系做博士后，2009.02-2009.11在美国宾夕法尼亚大学材料科学与工程系做访问学者。目前研究方向为过渡金属化合物的物性及在能源、环境学中的应用。

http://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=15272

第一作者介绍

李晓宁博士，

2011年至2016年在中国科学技术大学硕博连读，导师为陆亚林教授，2016年获理学博士学位并继续从事博士后研究。2018年加入澳大利亚伍伦贡大学程振祥教授课题组，目前主要从事过渡金属氧化物材料的物理化学性质研究及在新能源环境领域中的应用，以第一作者在J Am Chem Soc, Nat Comm, J Mat Chem A等国际Top期刊发表专业论文20余篇。

课题组介绍

中国科学技术大学陆亚林教授课题组的主要研究方向包括（i）多参量复合量子功能材料研究：面向自旋、轨道等多量子序的耦合，在氧化物材料领域进行材料设计，实现纳米、陶瓷、单晶薄膜的制备，进行磁性、自旋输运及原型器件等的前沿研究；（ii）面向红外和太赫兹的长波光学技术前沿研究：着力于发展太赫兹波的主动功能器件、太赫兹谱学和成像技术、紧凑型太赫兹自由电子激光技术；（iii）在发展的新型量子功能材料基础之上，努力拓展其在光催化、电池电极、制氢、生物等领域前沿纳米材料基础研究。

课题组网站http://yllu.ustc.edu.cn

课题组招聘

陆亚林课题组长期招聘氧化物薄膜、太赫兹光学、能源材料方向的博士后和特任副研究员。有意者请联系fuzp@ustc.edu.cn