ORR是固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池和堿式燃料電池、金屬-空氣電池等能量轉(zhuǎn)換裝置中重要的電催化反應(yīng)之一。近年來(lái)，氧還原反應(yīng)取得了新進(jìn)展。Pt是目前最先進(jìn)的ORR電催化劑之一，具有較高的電催化活性。但Pt催化劑價(jià)格高、儲(chǔ)量有限、穩(wěn)定性較低，極大地限制了其大規(guī)模應(yīng)用。ORR遲緩的動(dòng)力學(xué)這一瓶頸問(wèn)題，限制了這些能量轉(zhuǎn)化裝置的進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)開(kāi)發(fā)高性能的電催化劑是解決ORR催緩慢動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有效方法。新型ORR電催化劑的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)主要分為兩大類(lèi)：一種是通過(guò)構(gòu)建合金、復(fù)合材料等來(lái)減少Pt的用量，另一種是通過(guò)豐富廉價(jià)的非貴金屬材料替代Pt。

本工作開(kāi)發(fā)了Sc和P共摻雜鈣鈦礦氧化物La_0.8Sr_0.2Mn_0.95Sc_0.025P_0.025O_3-δ (LSMSP)作為一種非鉑電催化劑，在堿性電解質(zhì)中具有較好的氧還原（ORR）催化活性。LSMSP電催化劑的ORR活性和Pt/C相近，遠(yuǎn)高于La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ (LSM)、Sc摻雜的LSM和P摻雜的LSM電催化劑（圖 1）。

圖 1 LSM、LSMP、LSMS, LSMSP和 Pt/C在O₂飽和0.1 M KOH中的線(xiàn)性?huà)呙璺睬€(xiàn)（轉(zhuǎn)速1600 rpm）

具體地說(shuō)，LSMSP電催化劑在過(guò)電位方面表現(xiàn)出最優(yōu)異的性能 (E_onset為0.96 V vs. RHE 且 E_1/2 為 0.81 V vs. RHE)，明顯優(yōu)于LSM (0.86和0.61 V vs. RHE)，La_0.8Sr_0.2Mn_0.95Sc_0.05O_3-δ  (LSMS) (0.89和0.65V vs. RHE)和La_0.8Sr_0.2Mn_0.95P_0.05O_3-δ (LSMP) (0.96和0.67 V vs. RHE)。此外，與Pt/C相比，LSMSP在循環(huán)試驗(yàn)中表現(xiàn)出更好的ORR穩(wěn)定性（圖 2）。

圖 2 LSMSP和Pt/C在在O₂飽和的0.1 M KOH中500個(gè)循環(huán)前后獲得的線(xiàn)性?huà)呙璺睬€(xiàn)

LSMSP的優(yōu)異ORR性能可以歸因于增加的Mn³⁺和O_ads，較大的表面積，較小的顆粒尺寸和協(xié)同共摻雜效應(yīng)，這表明P和Sc的共摻雜是提高LSM的電催化活性的有效策略，這為開(kāi)發(fā)可以用于各種電催化應(yīng)用的其他鈣鈦礦氧化物開(kāi)辟了新的方向。

周嵬，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師。研究方向包括：低溫固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料；質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料；新型低溫氧還原、析氧、析氫、二氧化碳還原催化劑；固廢資源化深度利用；直接碳燃料電池；太陽(yáng)能電池；高級(jí)氧化反應(yīng)；電化學(xué)傳感器。

迄今在國(guó)際主流期刊上發(fā)表SCI論文240余篇，其中包括Nature Energy、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、等國(guó)際著名刊物，論文總共被引用10000余次，h-index=58。