纳米粒子表面的电催化性能在能量转换设备中具有重要意义，因为这些设备的整体性能主要由电极的最上层决定。不到10年前，由于金属纳米颗粒和氧化物之间优美的几何形状，“ex-solution”现象引起了研究人员的关注。此后，固体氧化物电化学电池(SOCs)领域以ex-solution工艺为自涌现平台，特别是燃料电极方面取得了显著的研究成果。底物与颗粒间的强相互作用显示出更高的耐焦化性，即使在较高的温度下也阻止了颗粒间的粗化和/或聚结，成功地用于H₂电氧化、CO₂电解、CO氧化和蒸汽重整等工艺。鉴于ex-solution过程利用氧化学势作为驱动力将“催化活性位点”拖出晶格，通常在还原性气氛下进行退火以使金属纳米颗粒成核并成熟。然而，上述处理限制了ex-solution策略对空气电极材料的适用性，尤其是那些在还原气氛下易受破坏的含Co材料。尽管大多数最新的空气电极都基于钴，但以Co为主要成分的钙钛矿却容易失氧，从而导致结构在还原步骤中分解甚至完全降解。

有鉴于此，韩国先进科技学院WooChul Jung等人，通过将有效的掺杂策略与ex-solution概念集成在一起，设计制备了基于BaCoO_3−δ(BCO)的新型阴极材料。

本文要点

1）掺杂铌（Nb⁵⁺）和钽（Ta⁵⁺）可以显着提高立方钙钛矿相的稳定性。Nb和Ta共掺杂的钙钛矿BaCo_0.8Nb_0.1Ta_0.1O_3-δ（BCNT）表现出优异的ORR活性。通过利用ex-solution工艺作为中心策略，牢固锚固的Ag纳米颗粒显着降低了新设计的掺铌和/或掺钽的BCO钙钛矿的极化损耗。

2）通过将Ag纳米催化剂整合到高活性的Ba_0.95Co_0.8Nb_0.1Ta_0.1O_3-δ钙钛矿中，设计制备了具有优异性能的SOFC阴极，阴极的ASR值非常低，在650°C和550°C时分别约为≈0.02和0.098Ωcm²。

3）ORR活性的提高是由于嵌入银的协同作用，它作为一个催化核心，在Ag-氧化物界面促进电荷转移反应。因此，ex-solution现象改变了发生在氧化物上的氧还原反应的态势，从而提高了性能。

总之，该工作提出的策略为SOFC阴极在中低温度取得优异性能奠定了基础，独特的多掺杂策略为燃料电池先进空气电极的设计提供了新的思路，并且有望促进基于BCO的材料研究。

参考文献：

Jun Hyuk Kim et al. Ex‐Solved Ag Nanocatalysts on a Sr‐Free Parent Scaffold Authorize a Highly Efficient Route of Oxygen Reduction. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202001326

https://doi.org/10.1002/adfm.202001326