Au/YSZ界面促进高温氧析出反应

固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC）将CO₂和水转化为合成气、烃类燃料并联产高纯O₂，具有全固态和模块化结构、能量效率高以及成本低等优点，在CO₂转化和可再生清洁电能存储方面表现出极具潜力的应用前景。对于传统Ni-YSZ阴极支撑型SOEC，阳极氧析出反应活性直接影响SOEC性能，因此研究和开发高活性阳极材料对于SOEC高温CO₂电解至关重要。近日，中科院大连化学物理研究所汪国雄研究员和包信和院士团队与大连理工大学赵纪军教授团队、中科院上海微系统与信息技术研究所刘志研究员团队合作，通过构筑阳极Au/YSZ界面促进高温氧析出反应，实现了高温条件下CO₂高效电催化转化。

该团队采用浸渍法在阳极构筑Au/YSZ界面。当Au载量为7.7 mg cm^-2时，在800 ℃和1.4 V条件下，CO₂电解电流密度达到1.39 A cm^-2，远优于传统阳极LSM-YSZ性能，连续运行100小时无明显衰减（图1）。大连理工大学周思副教授和赵纪军教授团队通过理论计算揭示O^2-在电势驱动下从Au/YSZ界面溢流到Au颗粒表面，然后再发生氧析出反应。中科院上海微系统与信息技术研究所刘志研究员团队通过电化学原位XPS证实了Au表面溢流O物种的存在。

图1. SOEC电化学性能

图2. 氧溢流机理示意图

该研究不仅加深了对SOEC阳极氧析出反应机理（图2）的认识，而且为设计高活性阳极材料提供了新思路。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上。论文第一作者是中科院大连化学物理研究所博士研究生宋月锋、大连理工大学周思副教授和中科院上海微系统与信息技术研究所硕士研究生董乔。

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Oxygen Evolution Reaction over the Au/YSZ Interface at High Temperature

Yuefeng Song, Si Zhou, Qiao Dong, Yangsheng Li, Xiaomin Zhang, Na Ta, Zhi Liu, Jijun Zhao, Fan Yang, Guoxiong Wang*, Xinhe Bao*

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 4617–4621, DOI: 10.1002/anie.201814612

导师介绍

汪国雄研究员

汪国雄，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，碳基资源电催化转化研究组组长。主要从事电能高效存储和转化研究，在CO₂电化学还原和燃料电池等重要的电催化反应方面开展了深入的研究工作，在J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy, ACS Catal., Chem. Sci. 等期刊发表研究论文90余篇，申请中国发明专利15件，其中8件已获授权。先后入选大连化学物理研究所百人计划、中科院青年创新促进会和大连市杰出青年科技人才项目，作为核心成员获得2017年首届全国创新争先奖牌。承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目9项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49757

包信和院士

包信和，博士，研究员，中国科学院院士，中国科学技术大学校长。主要从事能源高效转化相关的表面科学和催化化学基础研究，以及新型催化过程和新催化剂研制和开发工作。在天然气(甲烷)直接转化制高值化学品和煤基合成气直接制低碳烯烃等研究领域取得重要研究进展。发表论文660余篇，申报国际和国内专利140余件。担任J. Energy Chem. 期刊(Elsevier)共同主编，《中国科学》、《国家科学评论（NSR）》，以及Angew. Chem. Int-Ed、 Energy & Env. Sci. 、Surf. Sci. Report、Chemical Sci. 和ChemCatChem 等学术期刊编委和顾问编委。担任国际催化协会委员，任中国化学会第28届和第29届理事会副理事长。1995年获国家杰出青年基金资助；获1996－2000年度香港求是“杰出青年学者奖”、2005年国家自然科学二等奖（排名第三）、2012年获何梁何利科技进步奖和2015年周光召基金会基础科学奖；2014年获第六届十佳全国优秀科技工作者称号；研究成果分别获评2014年和2016年度中国十大科学进展；2015年获中国科学院杰出成就奖；2016年获国际天然气转化杰出成就奖，第五届中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖，被评为中央电视台2016年度十大科技创新人物；2017年获德国化学工程和生物技术协会（DECHMA）和德国催化协会催化成就奖（Alwin Mittasch Prize 2017），所带领的“纳米和界面催化”团队获首届全国“创新争先奖牌”；获2018年度陈嘉庚化学科学奖。

https://www.x-mol.com/university/faculty/22810