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长春工业大学白景和/朱晓飞联合南华大学陶泽天团队：温度调控高熵钙钛矿结构类型！构筑高电催化活性SOC阴极精选

已有 1678 次阅读 2026-6-26 10:54 |个人分类:JAC|系统分类:论文交流

原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Zhu J, Zhu X, Chang Y, et al. Temperature-modulated high-entropy perovskite cathodes with superior electrocatalytic activity for reversible solid oxide cells. Journal of Advanced Ceramics, 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221315

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221315

ResearchGate： Temperature-modulated high-entropy perovskite cathodes with superior electrocatalytic activity for reversible solid oxide cells

基金支持：

本研究由国家自然科学基金（项目编号：22479072）、吉林省教育厅基金会（项目编号：JJKH20261303KJ）、以及无机合成与制备化学国家重点实验室开放基金（2024-15）共同资助。

一、研究背景

随着清洁能源高效转化与大规模储能需求的日益增长，开发兼具高催化活性、优异结构稳定性与强抗毒化能力的可逆固体氧化物电池（RSOC）阴极材料，已成为新能源材料领域的关键挑战。传统钙钛矿阴极材料（如La_0.6Sr_0.4C_0.2Fe_0.8O_3-δ, LSCF）在中低温工况下氧还原/氧析出双功能活性不足，且结构中的碱土金属易受CO₂毒化导致性能快速衰减，难以满足商业化应用要求。

针对这一难题，该研究团队通过温度调控A位高熵改性策略，可精准调控相同组分不同晶体结构的高熵钙钛矿La_0.2Sr_0.2Pr_0.2Nd_0.2Ba_0.2Co_0.2Fe_0.8O_3-δ（HELSCF）；其中，最优高熵钙钛矿材料HELSCF-Pbnm（Pb-nm结构）实现了材料电催化活性、CO₂耐受性与长周期稳定性的协同提升；在 750 ℃下对称电池面积比电阻低至0.040 Ω·cm²，制备成单电池最大功率密度可达1.38 W·cm²，并在含CO₂气氛中展现出极低的极化电阻衰减率，进一步完成了单电池长循环稳定性验证，展现出在中低温可逆固体氧化物电池中的巨大应用潜力。

二、文章亮点

（1）工艺创新：温度调控构筑高性能高熵钙钛矿相结构

团队仅通过改变煅烧温度，就在同一高熵组分下实现了不对称正交相（Pb-nm）与对称立方相（Pm-3m）的精准可控构筑。低温合成的正交相材料晶格畸变更强、氧空位浓度更高，为电催化反应提供了更优的结构基础，这种无需复杂组分设计的温度调制策略，为高熵钙钛矿材料的制备提供了全新的简易路径。

（2）性能突破：中低温下兼具优异双功能催化活性与功率密度

最优的正交相 HELSCF-Pbnm 阴极展现出优异的氧还原（ORR）/ 氧析出（OER）双功能电催化性能：750 ℃下对称电池面积比电阻低至0.040 Ω·cm²，组装单电池的最大功率密度可达1.38 W·cm²，是传统LSCF阴极性能的1.7倍，在中温区实现了活性的跨越式提升。

（3）应用价值：显著提升CO₂耐受性

高构型熵效应有效抑制了碱土金属阳离子偏析，结合A位多元素的酸性协同作用，大幅增强了材料的抗CO₂毒化能力。在CO₂浓度为10%时， LSCF -Pm3m的ASR值从初始的0.270 Ω·cm²衰退至0.367 Ω·cm²（衰退率：35.9%），而 HELSCF -Pbnm的ASR值则从初始的0.074 Ω·cm²衰退至0.083 Ω·cm²（衰退率：12.7%）

三、作者及研究团队简介

陶泽天（通讯作者），南华大学教授，博士生导师，研究方向涉及固体氧化物燃料电池等能源材料领域。近年来在电池材料制备、电解水制氢、阳极抗积碳以及新型质子导体材料等方面开展了综合性的研究工作。

白景和（通讯作者），长春工业大学讲师，硕士生导师，长期从事固体氧化物燃电池电解质，空气电极以及优化钙钛矿氧化物作为电催化剂领域研究工作。

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朱家慧（第一作者），长春工业大学化学与生命科学学院，2025级新能源材料科学与技术专业博士研究生，指导教师白景和/朱晓飞副教授。主要研究方向是固体氧化物电池材料，以第一作者发表SCI论文6篇。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科34种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。