CeO2表面修饰SrTiO3-δ构建低温陶瓷燃料电池高效质子传输通道：界面空位工程的理论与实验研究

本文推荐：通过表面空位工程在CeO2包覆的SrTiO3-δ（STO）中构建快速质子传输路径，显著降低质子迁移能垒（0.36 eV），实现550°C下0.14 S cm?1的高离子电导率和0.81 W cm?2的峰值功率密度。该研究为低温陶瓷燃料电池（CFCs）提供了可规模化制备的高性能电解质解决方案。

　　

Highlight

表面工程策略在SrTiO_3-δ（STO）上构建10 mol% CeO₂核壳异质结构，通过界面氧空位显著提升质子传输效率，为低温陶瓷燃料电池（CFCs）提供创新电解质设计。

Results and discussion

通过密度泛函理论（DFT）计算揭示：CeO₂涂层将氧空位形成能降至3.7 eV，并诱导电荷重分布促进质子跳跃。实验证实10%-CeO₂@STO在550°C时质子传导贡献率达76%，功率密度突破0.81 W cm^?2，红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）检测到界面-OH基团特征峰。

Conclusions

CeO₂表面修饰STO的核心突破在于：①构建低能垒（0.36 eV）质子传输通道；②通过质子阻塞膜实验验证界面主导传导机制；③DFT模拟阐明电荷再分布降低吸附能的原子尺度机制。该工作为开发低温高性能CFCs电解质提供了可规模化制备的新范式。