金属氧化物具有电子和离子导电的能力，以及其固有的热稳定性和化学稳定性，使其在能量转换和存储器件（固体氧化物燃料电池、电解器、渗透膜、高能量密度电池和光热反应器）、汽车排放催化剂和传感器以及最近的价变存储器件等领域具有吸引力。在这些应用中，在各种温度和氧分压漂移下，氧在固体和周围气体大气之间交换的速率通常决定器件的整体性能。因此，氧表面交换动力学一直是许多研究的焦点，特别是与固体氧化物燃料电池/电解槽、渗透膜和储氧材料的性能相关的表面交换动力学。

近日，美国麻省理工学院Clement Nicollet报道了二元氧化物的酸度标度可用于有效描述调整和预测混合导电氧化物上氧表面交换动力学。

文章要点

1）研究人员对一种具有萤石晶体结构的混合导电氧化物Pr_xCe_1-xO_2-δ进行了验证。首先详细揭示了其体缺陷平衡和输运性质有了，其次，作为二元氧化物，它没有像目前流行的钙钛矿中观察到的那样，受到亚晶格阳离子的偏析，例如(La，Sr)CoO₃会受到选择性Sr表面偏析的影响。

2）结果显示，Pr_0.1Ce_0.9O_2-δ样品表面渗透一系列从强碱性(Li₂O)到强酸性(SiO₂)的二元氧化物，可以使化学表面交换系数K_chem变化6个数量级，其中Li₂O等碱性氧化物使K_chem增加近1000倍，表面浓度低至50 ppm。值得注意的是，尽管K_chem的预指数性与渗透的二元氧化物的酸度成线性关系，但活化能几乎没有变化。

3）研究人员提出这些剧烈变化的起因是由于渗透的二氧化氧化物的酸度降低，从而导致Pr_0.1Ce_0.9O_2-δ表面电子浓度的系统性增加。

Nicollet, C., Toparli, C., Harrington, G.F. et al. Acidity of surface-infiltrated binary oxides as a sensitive descriptor of oxygen exchange kinetics in mixed conducting oxides. Nat Catal (2020).

DOI： 10.1038/s41929-020-00520-x

https://doi-org/10.1038/s41929-020-00520-x