在固体氧化物燃料电池（SOFC）正极中，氧气交换的正向过程是氧还原反应（ORR），它将气相O₂转化为正极中的固相O^2- 。交换由O2吸附、解离和在表面结合，然后在体相中O^2-扩散组成。有效地执行这些操作的SOFC正极材料几乎都是电子和离子导电复合氧化物，并且通常具有钙钛矿结构（ABO_3-δ）。目前对混合导电氧化物表面氧交换的定量分子理解仍然难以捉摸，这种有限的理解意味着目前无法预测哪种材料或表面将进行最活跃的交换，并抑制了最佳材料的合理设计，因此迫切需要对控制氧交换的原子尺度机制进行更好地理解。

美国威斯康星大学麦迪逊分校Dane D. Morgan课题组使用ab initio方法开发代表性正极材料La_0.5Sr_0.5CoO_3-δ氧交换的定量元素反应模型，预测在操作条件下从稳定的O₂中到掺氧的SrO（001）面的速控步骤是O-吸附原子和氧表面空位的横向（表面）扩散。并预测了亚稳态CoO₂终止的高空位浓度使空位辅助的O₂解离比富Sr的（La，Sr）O终止的速控步快10²-10³倍。该结果意味着通过抑制（La，Sr）O终止和稳定高活性CoO₂终止可以潜在地获得显著增强的氧交换性能。

Yipeng Cao, Milind J. Gadre, Anh T. Ngo, Stuart B. Adler, Dane D. Morgan, Factors controlling surface oxygen exchange in oxides, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-08674-4

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08674-4