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近期中國科學院大連化學物理研究所楊維慎研究員等揭示了含欽鈣鈦礦氧化物表面具備高溫氧活化的特點及其輸運機制，發(fā)現(xiàn)了在高溫富氧條件下，含材料表面析出的氧化納米粒子對氧活化具有超高活性，該粒子也是氧交換反應(yīng)的活性位點。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學進展》上。

該研究將為透氧膜材料以及電催化材料的優(yōu)化設(shè)計提供科學基礎(chǔ)。BSCF是楊維慎團隊于2000年首次合成的具有國際領(lǐng)先水平的透氧膜材料，是國際透氧膜材料性能對標的代表性材料，作為電催化材料被應(yīng)用到固體氧化物燃料電池和電解水等領(lǐng)域。但是目前,BSCF鈣鈦礦具有優(yōu)異性能的本質(zhì)原因仍在探索中。

在該項研究中，團隊對氧滲透動力學進行了深入分析，發(fā)現(xiàn)欽的摻入能夠顯著加快氧表面交換反應(yīng)速率。團隊利用環(huán)境電鏡直接觀測到BSCF材料在高溫富氧氣氛中表面會析出氧化鋼納米粒子，并且利用電化學測試證明了氧化鋼以及能夠析出或分解得到氧化鋼的含鋼材料對氧活化過程具有很高的催化活性。最終結(jié)合計算發(fā)現(xiàn)，析出的氧化納米粒子能夠顯著降低氧化還原過程中氧分子吸附解離以及氧析出過程中氧離子復(fù)合脫附過程的能壘，從而加快了氣一固界面的氧交換反應(yīng)動力學。