鋅-空氣電池(ZABs)具有高理論能量密度、高的安全性和低成本，被認(rèn)為是最有前途的儲能系統(tǒng)。ZABs發(fā)展的一個核心問題是探索能夠有效催化析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)以實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行的空氣陰極，為了解決這一難題，人們在實現(xiàn)具有可控組成和納米結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦氧化物的合理設(shè)計方面付出巨大努力。

近日，蘭州大學(xué)席聘賢和香港理工大學(xué)黃勃龍等通過配體輔助合成策略，成功制備具有蛋黃殼納米結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦氧化物L(fēng)aCo_1-xFe_xO₃。

研究人員合成一系列鈣鈦礦氧化物L(fēng)aCo_1-xFe_xO₃ YSNs(x=0.00、0.10、0.25、0.50、0.75和1.00)。通過溶劑熱反應(yīng)和隨后在空氣中的熱退火過程制備前體La-M-BTC固體微球，獲得的YSNs由保護(hù)殼構(gòu)成，在核殼之間具有較大的中空空間。

得益于LaCo_1-xFe_xO₃獨特的結(jié)構(gòu)和組成，其在電流密度為10 mA cm^-2時表現(xiàn)出310 mV的OER過電位，并且能夠長期穩(wěn)定運行100小時。原位拉曼光譜表明，F(xiàn)e取代促進(jìn)了Co位點的預(yù)氧化，并在相對較低的施加電位下誘導(dǎo)表面重構(gòu)為活性Co羥基氧化物，保證了優(yōu)異的催化性能。

密度泛函理論(DFT)計算表明，將Fe適當(dāng)引入鈣鈦礦LaCoO₃可提高析氧反應(yīng)(OER)催化劑的電活性和耐久性；同時Fe-3d軌道對Co-3d軌道顯示出釘扎效應(yīng)，以在OER的低過電位下保持Co位點的穩(wěn)定價態(tài)。

此外，用LaCo_0.75Fe_0.25O組裝的鋅-空氣電池(ZAB)具有1.47 V的高開路電位、905 Wh kg^-1_Zn的能量密度以及在大溫度范圍內(nèi)的優(yōu)異穩(wěn)定性。這項工作為設(shè)計高性能鈣鈦礦型電催化劑提供了一種有效的策略，可廣泛應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備。

Boosting the Electrocatalytic Oxygen Evolution of Perovskite LaCo_1-xFe_xO₃ by the Construction of Yolk-Shell Nanostructures and Electronic Modulation. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202201131