具有溶解納米顆粒(P-eNs)的鈣鈦礦已廣泛應(yīng)用作固體氧化物電池的電催化劑，用于能量轉(zhuǎn)化和存儲。然而，由于鈣鈦礦宿主在溶解促進(jìn)過程中缺乏對結(jié)構(gòu)演化的控制，限制了溶解促進(jìn)鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)開發(fā)。解決上述問題的關(guān)鍵之一是控制鈣鈦礦基質(zhì)的相演化，同時(shí)促進(jìn)溶解，但目前仍然缺乏有效和直接的方法來抑制相變而不影響溶解。此外，由于缺乏對不同納米顆粒支撐的P-eNs電解過程的系統(tǒng)研究，阻礙了對鈣鈦礦在電催化中的作用的深入了解。

基于此，阿爾伯塔大學(xué)駱靜利課題組報(bào)道了一套控制宿主鈣鈦礦相演化而不影響鈣鈦礦Sr₂Fe_1.2Ni_0.3Mo_0.5O_6-δ(SFN₃M)上的溶解的策略，即在促進(jìn)溶解的同時(shí)對宿主鈣鈦礦的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微調(diào)，并強(qiáng)調(diào)了鈣鈦礦支架結(jié)構(gòu)在溶解促進(jìn)的P-eNs上發(fā)生的催化反應(yīng)中的重要作用。

特別是，促進(jìn)Fe-Ni納米顆粒的溶解和保持宿主鈣鈦礦的相結(jié)構(gòu)之間的平衡已經(jīng)被B位補(bǔ)充策略打破，從而擴(kuò)大了溶解促進(jìn)鈣鈦礦的范圍。以固體氧化物電解池(SOEC)中的二氧化碳(CO₂)電解研究為例，研究人員證明了通過控制宿主鈣鈦礦從雙鈣鈦礦(DP)向?qū)訝钼}鈦礦(LP)結(jié)構(gòu)的相演化，可以選擇性地提高P-eNs的催化活性和穩(wěn)定性。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果，研究人員揭示了操縱鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化表面化學(xué)環(huán)境，加強(qiáng)表面-體相互作用，從而主導(dǎo)陰極動力學(xué)響應(yīng)施加的電壓，甚至改變速率限制步驟。

此外，提出了兩個(gè)結(jié)構(gòu)因素：宿主鈣鈦礦本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可還原B位點(diǎn)陽離子的濃度，能夠預(yù)測P-eNs對二氧化碳電解的穩(wěn)健性。綜上，精確調(diào)節(jié)宿主鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的方法可以為各種電催化反應(yīng)下的P-eNs設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，并有助于全面理解P-eNs基材料的催化機(jī)理。

Phase Transition Engineering of Host Perovskite toward Optimal Exsolution-facilitated Catalysts for Carbon Dioxide Electrolysis. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202305552