阻碍质子陶瓷燃料电池（PCFCs）商业化的最大困难与挑战是缺乏高性能和价格偏移的电极材料。目前Co基钙钛矿是最有前景的催化剂电极材料，但是其稳定性较差，而且热力学特点难以与PCFC的其他组分兼容。

有鉴于此，香港科技大学Francesco Ciucci等报道通过从头算计算模拟，分子轨道研究，发现A-和B-位点共取代策略发展了不含Co的钙钛矿电极材料，展示了优异的电化学性能。

本文要点

（1）

研究发现，A-和B-位点取代的BaFeO_3-δ能够促进形成氧空穴（V_O··）和羟基自由基（OH_O·），同时能够改善钙钛矿的整体结构稳定性。当组分为Ba_0.875Fe_0.875Zr_0.125O_3−δ具有最好的电催化性能，实现了优异的电化学ORR性能，500 ℃的峰值功率密度达到0.67 W cm^-2。这种材料的理性设计策略对于发展可商用的PCFC器件而言是个巨大进步。

（2）

由于催化剂在700 ℃时温度能够实现质子/氧双重离子导电，因此实现了高达2.04 W cm^-2的峰值功率密度。在空气气氛中催化剂表现了优异的稳定性（230 h），在600 ℃时的高浓度蒸汽气氛的稳定时间达到200 h。

电极的制备过程非常简单方便，无需使用渗透或者脉冲激光沉积等复杂的技术改善催化剂的性能。研究结果说明A-、B-位点共取代策略是一种改善催化剂性能非常有效的策略。本文催化剂能够通过简单的固相反应进行大批量合成，同时保持优异的催化活性。

参考文献

Wang, Z., Wang, Y., Wang, J. et al. Rational design of perovskite ferrites as high-performance proton-conducting fuel cell cathodes. Nat Catal (2022)

DOI: 10.1038/s41929-022-00829-9

https://www.nature.com/articles/s41929-022-00829-9