我室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、朱雪峰研究员团队与能源与环境小分子催化研究中心催化动态解析研究组（534组）刘伟研究员团队合作，提出了一种原位电化学相工程（ECPE）策略。该策略能够实现对电催化剂活性相与反应微环境的选择性调控，打破传统电催化剂活性与稳定性之间的权衡关系，实现了超过2100小时的稳定运行。
固体氧化物电解池（SOECs）是一种高效的能源转换装置，可将二氧化碳（CO2）电还原生成一氧化碳（CO）和氧气（O2）。其中CO既可作为燃料通过逆反应模式发电，也可作为多种化工过程的原料，使SOECs成为具有潜力的CO2减排与利用技术。然而，SOECs中的钙钛矿阴极材料存在稳定性不足的问题，成为限制其应用的关键因素。
本研究以Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ钙钛矿氧化物作为SOECs阴极催化剂的模型体系，揭示了其失活的根本原因：生成的SrCO3覆盖了催化剂表面的活性位点，同时电驱动析出的铁（Fe）颗粒尺寸较大、密度较低。针对这一问题，团队利用原位场条件（电压、气氛、温度等），在10分钟内实现了钙钛矿相与Ruddlesden-Popper相之间的可逆转变，原位再生出尺寸更小、分布更密集的活性Fe纳米颗粒，并实现锶（Sr）物种的空间选择性再分布。在超过2100小时的测试中，该催化剂表现出良好的稳定性，CO选择性接近100%。这一电化学相工程策略在其他钙钛矿催化剂上也取得了类似效果。该研究将电催化剂的研发视角从静态优化转向动态调控，为未来高效电催化剂的设计与调控提供了参考。
相关研究成果以“Operando Electrochemical Phase Engineering Overcomes Activity-Stability Trade-off in Perovskite Electrocatalysts”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者为毕业生胡世庆博士、逄炳杰博士，以及我室与燕山大学联合培养博士研究生涂炜。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。（文/图 胡世庆、朱雪峰）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2122388
