氢能被公认为是最有望替代化石燃料的能源，尤其在电化学水分解技术中，通过氧气发展反应（OER）和氢气发展反应（HER）产生高纯度的氧气和氢气，为替代非可再生能源提供了可能。然而，尽管贵金属如钌/铱氧化物和铂合金展现出卓越的电催化性能，其高昂成本限制了它们的广泛应用。因此，研究者们正寻求成本效益高、稳定性好的替代材料，其中钙钛矿氧化物因其可调节的晶体结构和物理化学性质而备受关注。特别是La1–x Srx CoO3氧化物，作为一类常见的钙钛矿，因其在电化学电池和金属-空气电池中的优异表现而成为研究热点。尽管已有多种合成策略，但如何获得具有良好分散性和高比表面积的高性能钙钛矿氧化物仍是一个挑战。最近，高温冲击（HTS）技术的发展为制备具有新颖结构和优异电化学性能的钙钛矿氧化物提供了新机遇。
该研究通过高温冲击（HTS）技术策略，实现了La0.6Sr0.4CoO3钙钛矿氧化物的一步法快速合成。如图1所示，该过程通过直接还原混合金属硝酸盐前驱体，在高达1273 K的温度下迅速制备出具有正交相的钙钛矿氧化物，与传统的马弗炉加热方法相比，展现出了独特的晶体结构和优异的电化学性能。
总之，本研究成功利用高温冲击（HTS）技术，以混合金属硝酸盐为前驱体，制备了La0.6Sr0.4CoO3钙钛矿氧化物。与传统的马弗炉煅烧方法相比，HTS技术（焦耳加热2分钟）制备的La0.6Sr0.4CoO3（HTS-2）展现出了高纯度的正交相结构，并在氧还原反应（OER）和氢还原反应（HER）中表现出更优异的电催化活性。HTS-2的优良电催化性能主要归功于其正交相结构，该结构有效抑制了锶的偏聚，同时表面高比例的高氧化性氧物种和吸附氧物种的存在，为电催化反应提供了更多的活性位点并降低了电荷转移阻力。此项工作不仅提供了一种新颖、简便、快速的钙钛矿氧化物合成方法，而且所合成的钙钛矿氧化物在电化学性能上超越了传统的钙钛矿电催化剂。HTS技术的快速加热和冷却特性，为调控材料的晶体结构和表面化学状态提供了新的途径，有助于开发出更多具有高活性和稳定性的电催化材料。此外，本研究还通过密度泛函理论（DFT）计算深入探讨了不同相La0.6Sr0.4CoO3的反应机制，为进一步优化材料结构和催化性能提供了理论基础。未来，HTS技术在合成具有新颖晶体相的多功能材料方面具有巨大的应用潜力，预计将推动电催化材料的快速发展，并在能源转换和存储等领域发挥重要作用。同时，本研究也为其他材料体系的结构设计和性能优化提供了有益的参考，有助于促进新型高效电催化剂的研发和应用。
文献信息：Xiaoya Cui, Wenyu Li, Yanchang Liu, Yumei Zhu, Yanan Chen, Cairong Gong, Gang Xue. Ultrafast nanomanufacturing via high-temperature shock of La0.6Sr0.4CoO3 catalysts for overall water splitting. Journal of Materials Science & Technology, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.11.067.
焦耳热高温超快材料制备装置可实现毫秒级别升温和降温，能达到1秒内升温至3000K的效果，试验样品可以是薄膜、块体、粉末等。对比现在常用的马弗炉、管式炉升温慢、加热时间长等缺点，极大地节约了科研人员宝贵的科研时间，并且会有与马弗炉和管式炉不同的冲击效果。该装置可抽真空或者是通氛围气体使用，还可以根据要求进行定制。公司致力于实验室（超）高温解决方案。目前我公司设备已广泛应用于能源催化材料、石墨烯等二维材料、高熵化合物、陶瓷材料等材料的超快速高质量制备。详情请咨询15201629101。
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