鈣鈦礦氧化物因其有效的電催化性能和低成本而成為新興的析氧反應（OER）催化劑。然而，鈣鈦礦氧化物比表面積小且結構緊湊，在大電流密度下存在嚴重的氣泡過電位和較低的電化學性能。在此，該研究重點介紹了電紡鎳取代的La0.5Sr0.5FeO3-δ（LSF）多孔鈣鈦礦納米纖維，即La0.5Sr0.5Fe1-xNixO3-δ（表示為ES-LSFN-x，x=0、0.1、0.3和0.5），作為高性能OER電催化劑。最有效的La0.5Sr0.5Fe0.5Ni0.5O3-δ（ES-LSFN-0.5）納米纖維比通過傳統溶膠-凝膠方法制備的對應樣品具有更大的比表面積、更高的孔隙率和更快的質量傳遞，其幾何和內在活性顯著增強。氣泡可視化結果表明，ES-LSFN-0.5豐富的納米級孔隙能夠增強疏氣性和氧氣氣泡的快速分離，從而降低氣泡過電位并提高電化學性能。因此，在100mA/cm2的電流密度下，基于ES-LSFN-0.5的陰離子交換膜水電解可在100小時內提供卓越的穩定性，而SG-LSFN-0.5對應物可在20小時內快速降解。本研究突出了多孔電催化劑在通過降低氣泡過電位來優化大電流密度水電解裝置性能方面的優勢。
圖1.a）制備ES-LSFN-x鈣鈦礦納米纖維的示意圖。b）ES-LSFN-0.5納米纖維的SEM圖像。c）ES-LSFN-x樣品的XRD圖譜。d）ES-LSFN-0.5的TEM圖像。e）ES-LSFN-0.5晶格的HRTEM圖像。f）沿[1-10]區域軸的對應FFT模式。g）ES-LSFN-0.5中金屬元素的EDS映射。
圖2.a）ES-LSFN-x樣品（001）表面的O1s XPS光譜，b）氧空位形成能（Eovf）值，以及c）態密度（DOS）信息。
圖3.SG-LSFN-0.5（a）和ES-LSFN-0.5（b）的氮氣吸附-解吸等溫線。c）ES-LSFN-0.5和SG-LSFN-0.5樣品的孔隙率值。GC電極上d）ES-LSFN-0.5和e）SG-LSFN-0.5電催化劑的接觸角測量。
圖4.a）ES-LSFN-0.5、SG-LSFN-0.5和RuO2電催化劑的極化曲線，b）Tafel圖，c）質量和比活性比較，以及d）Cdl測量。
圖5.a）自制AEMWE的原理圖。b）Pt/C||ES-LSFN-0.5、SG-LSFN-0.5||Pt/C和基準Pt/C||RuO2電池的極化曲線。c）Pt/C||ES-LSFN-0.5和SG-LSFN-0.5||Pt/C電解槽在100mA/cm2下的長期穩定性能。
圖6.在典型三電極設置的計時電位測試期間，a）10、b）30、c）60和d）150s時含ES-LSFN-0.5催化劑的泡沫鎳電極上氣泡狀態的側視圖，以及e）10、f）30、g）60和h）150s時含SG-LSFN-0.5陽極催化劑的泡沫鎳電極上泡沫狀態的側視圖。具有i）ES-LSFN-0.5和k）SG-LSFN-0.5催化劑的泡沫鎳電極上的氣泡狀態的正視圖。j）ES-LSFN-0.5和l）SG-LSFN-0.5電極上氣泡尺寸的分布圖。
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