掺杂剂控制调节原位合成钙钛矿型氧化物纳米晶的电催化活性

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2024-05-23 14:46:32

掺杂剂控制调节原位合成钙钛矿型氧化物纳米晶的电催化活性

钙钛矿氧化物（ABO3）以其独特的组成灵活性和结构稳定性被广泛认为是一类很有前途的非贵金属电催化剂。然而，关于它们与尺寸相关的电催化性能，特别是钛酸钡（BaTiO₃）的研究相对较少，范围也很有限。有鉴于此，美国佐治亚理工学院林志群教授报道了开发了一系列经过精心设计的原始BaTiO₃和掺杂型BaTiO₃（即La和Co掺杂）纳米颗粒（NPs），研究了尺寸和掺杂剂对它们氧还原反应（ORR）活性的作用。

本文要点：

1）具体而言，研究人员通过基于两亲星型嵌段共聚物的稳健的纳米反应器策略来合成一组不同尺寸（≤20 nm）的疏水聚合物连接的均匀BaTiO₃NPs并控制其组成。有趣的是，其ORR活性随着BaTiO₃NPs尺寸的增大而逐渐减小。值得注意的是，La和Co掺杂的BaTiO₃NPs的ORR性能明显优于未掺杂的BaTiO₃NPs。

2）研究发现，掺杂型BaTiO₃NPs改善的ORR性能可以归因于在ORR过程中，由于中间体的吸附能增强，-OOH物种的形成降低了限制势垒，以及基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算揭示的电子态变化可能导致电导率增加所致。

3）除了BaTiO₃NPs之外，利用两亲星形两嵌段共聚物纳米反应器策略，可以很容易地获得各种尺寸和组成可调的ABO₃ NPs。反过来，它们可以为一系列物理特性（介电、压电、电致伸缩、催化等）的基础和实际研究提供一个独特的平台，这取决于它们的尺寸和组成。