TMR|南京工业大学崔升教授团队开创缺陷工程界面,打造高性能质子陶瓷电池空气电极

质子陶瓷电池（PCCs）因燃料多样性和环保优势，被视为新一代高效能量转换器件。然而，钴自由钙钡铁基钙钛矿空气电极虽然热力学稳定，但其催化活性和电化学性能仍难以满足实际应用需求。

南京工业大学崔升教授团队提出A位缺陷工程策略，通过在 (Ba_0.8Ca_0.2)_0.95Fe_0.8Ni_0.2O_3-δ体系中诱导NiO原位外生，构建高效NiO|BCFNi95异质界面。该策略不仅显著改善金属-氧键与表面催化活性，还实现了峰值功率密度1781 mW cm⁻²及优异电解性能。

这一研究不仅揭示了缺陷介导异质界面对质子陶瓷电池空气电极性能的关键作用，也为高性能、耐久PCCs电极设计提供了全新思路。

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亮点一｜A位缺陷诱导NiO外生工作内容：通过A位缺陷调控，NiO纳米颗粒在空气电极表面原位外生，形成NiO|BCFNi95异质界面。研究价值：显著增强表面催化活性，加速质子与氧离子传输，为高效空气电极设计提供新策略。

亮点二｜降低氧空位与水化能工作内容：DFT计算显示BCFNi95氧空位形成能降低至−0.69 eV，水化能为−2.77 eV。研究价值：降低能垒有助于氧/质子快速迁移，提升ORR/OER反应动力学，实现电极高性能。

亮点三｜电化学性能显著提升工作内容：BCFNi95空气电极峰值功率密度1781 mW cm⁻²，电解模式下电流密度达2.70 A cm⁻²，ASR降至0.035 Ω cm²。研究价值：实现比未掺杂电极高136%功率输出，展现出缺陷工程与异质界面协同增强效应。

亮点四｜耐久性优异工作内容：在高蒸汽压条件下连续100 h测试，BCFNi95电极几乎无性能衰减。研究价值：异质界面与缺陷协同作用赋予电极动态自调节能力，显著增强长期稳定性。

亮点五｜界面电子结构优化工作内容：NiO外生增强d−p轨道杂化，界面电荷转移约0.91 |e|，优化Fe/Ni电子结构。研究价值：界面电子调控降低活化能，促进ORR/OER反应，有助于设计高性能电极材料。

崔升教授团队通过A位缺陷工程策略，实现了NiO纳米颗粒的原位外生，成功构建高效异质界面，从根本上提升了空气电极的电催化活性和耐久性。BCFNi95电极不仅在峰值功率密度和电解性能上达到行业领先水平，同时表现出卓越的长期稳定性，为质子陶瓷电池实际应用提供可靠保证。

这一研究展示了缺陷工程与界面调控的协同效应，为钙钛矿基PCCs空气电极设计提供了系统性策略。未来，该理念有望推广至更多高性能、耐久能源材料，为燃料电池和可持续能源转换技术的发展开辟新途径。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050914925001438

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