近日，催化基础国家重点实验室汪国雄研究员和包信和院士团队在CO₂高温电催化还原研究方面取得新进展，揭示了固体氧化物电解池钙钛矿电极可逆溶出/溶解机制。
　　固体氧化物电解池(SOEC)可在阴极将CO₂和H₂O转化为合成气、烃类燃料，并在阳极产生高纯O₂，具有全固态和模块化结构、反应速率快、能量效率高以及成本低等优点，在CO₂转化和可再生清洁电能存储方面表现出极具潜力的应用前景。
　　钙钛矿是被广泛研究的SOEC阴极材料，但催化活性低。在钙钛矿阴极原位溶出金属纳米颗粒来构筑高活性金属-氧化物界面，可有效提高CO₂电解性能。钙钛矿中金属纳米颗粒的可逆溶出/溶解，是解决SOEC长期运行过程中颗粒团聚和积炭引起电解性能下降的有效方法。然而，目前对于钙钛矿材料的可逆溶出/溶解机制尚不明确，亟待进一步深入研究。

　　针对上述问题，该研究团队通过原位X射线衍射、环境扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算，研究了CoFe合金纳米颗粒在Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ(SFMC)双钙钛矿中的原位溶出/溶解过程。在还原气氛下，Co的易脱溶性促进了Fe离子的还原，在SFMC表面形成球形CoFe合金纳米颗粒，伴随着SFMC结构从双钙钛矿转变为层状钙钛矿；切换成氧化气氛时，球形CoFe合金纳米颗粒被氧化成CoFeO_x纳米片，迁移进入钙钛矿内部，同时，SFMC结构从层状钙钛矿重新转变为双钙钛矿。CoFe合金纳米颗粒的原位溶出使SFMC阴极表现出显著增强的CO₂电解性能和稳定性。另外，由于CoFe合金纳米粒子优异的再生能力，即使经历12个氧化还原循环，SFMC阴极仍可以保持稳定的CO₂电解性能。
　　相关结果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和大连化物所科研创新基金等项目的资助。(文/图 吕厚甫、林乐)