钙钛矿氧化物能源与环境催化：氧空位、B 位金属与金属–氧键网络如何调控反应性能
钙钛矿氧化物能源与环境催化：氧空位、B 位金属与金属–氧键网络如何调控反应性能
引言
钙钛矿氧化物不仅可用于电子陶瓷，也可作为能源与环境反应中的催化材料。本文讨论的对象主要是含过渡金属的氧化物钙钛矿，聚焦热催化、电催化和固体氧化物电池电极中的催化行为。
典型钙钛矿氧化物可写作 ABO₃ 或 ABO₃₋δ。其中，A 位通常由稀土金属或碱土金属离子占据，B 位通常由锰、铁、钴、镍等过渡金属离子占据，氧离子构成金属—氧八面体骨架。催化活性不是由某一个元素单独决定，而是由 A 位、B 位、氧位、氧空位、晶格氧和表面氧物种共同影响反应物吸附、氧活化、电子转移和氧迁移。
钙钛矿氧化物在析氧反应、氧还原反应、挥发性有机物氧化、一氧化碳氧化、甲烷氧化以及固体氧化物燃料电池阴极中受到关注，原因在于其组成可调、过渡金属位点丰富、氧非化学计量可调，并且可通过掺杂、缺陷调控和表面工程改变催化性能。
1. 催化用钙钛矿氧化物的基本结构
催化用钙钛矿氧化物可以从 A 位、B 位、氧位和表面四个层次理解。
结构位置 | 主要作用 | 对催化性能的影响 |
A 位 | 调节晶格尺寸、结构稳定性和电荷平衡 | 影响氧空位形成、氧迁移、热稳定性和表面偏析倾向 |
B 位 | 提供过渡金属氧化还原中心 | 影响氧吸附、电子转移、金属价态循环和反应中间体结合强度 |
氧位 | 构成金属—氧骨架和晶格氧网络 | 影响氧空位生成、晶格氧迁移和氧参与反应的能力 |
表面 | 与反应物直接接触 | 决定反应物吸附、氧活化、产物脱附和表面重构行为 |
常见研究体系包括：
材料方向 | 代表体系 | 适合关注的问题 |
镧锰氧体系 | LaMnO₃、La₁₋ₓSrₓMnO₃ | 氧迁移、挥发性有机物氧化、固体氧化物燃料电池阴极 |
镧铁氧体系 | LaFeO₃、La₁₋ₓSrₓFeO₃ | 氧空位调控、结构稳定性、氧化反应和电极反应 |
镧钴氧体系 | LaCoO₃、La₁₋ₓSrₓCoO₃ | 氧还原、析氧反应、低温氧交换和氧化活性 |
镧镍氧体系 | LaNiO₃ 及掺杂镍基钙钛矿氧化物 | 乙位电子结构、氧化还原活性和氧电催化 |
钴铁复合体系 | La₁₋ₓSrₓCo₁₋ᵧFeᵧO₃₋δ、Ba₁₋ₓSrₓCo₁₋ᵧFeᵧO₃₋δ | 氧表面交换、氧离子迁移和固体氧化物电池阴极反应 |
需要注意的是，很多钙钛矿氧化物在反应中并不一定以初始表面直接工作。尤其在析氧反应等电催化条件下，表面可能发生重构，形成新的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物活性层。因此，钙钛矿氧化物有时既是催化剂，也可以看作反应中活性表面的前驱体。
2. A 位、B 位和氧位怎样共同影响催化性能
钙钛矿氧化物的催化性能来自“组成—缺陷—表面结构”的协同调控。
调控方式 | 主要影响 | 需要注意的问题 |
A 位替换 | 改变离子半径、电荷平衡、晶格畸变和氧空位形成倾向 | 掺杂过度可能导致第二相、A 位偏析或热膨胀失配 |
B 位替换 | 改变过渡金属价态、金属—氧键强度和电子结构 | 活性提升可能伴随稳定性下降或金属溶出 |
A 位缺位 | 增加电荷补偿需求，可能提高氧空位浓度 | 缺位过多可能破坏相稳定性和长期耐久性 |
B 位复合 | 引入两种或多种过渡金属，调节氧结合强度和反应路径 | 需要确认是否形成均一固溶体或局部富集相 |
氧非化学计量 | 形成氧空位或氧过量状态，调节氧迁移和导电性 | 氧空位过多可能导致晶格不稳定或氧迁移受限 |
表面调控 | 改变表面氧物种、缺陷浓度和可接触活性位点 | 表面修饰层需兼顾活性、传质和稳定性 |
A 位通常不直接作为主要反应活性中心，但它能通过晶格尺寸、电荷平衡和局部结构影响 B 位金属价态与氧空位形成。B 位过渡金属通常是活性调控核心，因为它直接参与电子转移、价态循环和反应中间体吸附。氧位则决定晶格氧是否容易迁移、补充并参与表面反应。
因此不能只用“某个元素活性高”来判断钙钛矿氧化物催化剂。更合理的判断方式是看：B 位金属是否具备合适的氧化还原能力，金属—氧键是否处于合适强度，氧空位是否可以可逆参与氧交换，表面结构在反应后是否仍能保持有效催化状态。
3. 氧空位调控：关键在可逆氧交换能力
氧空位是钙钛矿氧化物晶格中缺少氧离子形成的缺陷位点。对能源与环境催化反应来说，氧空位的意义不只是提供缺陷位点，而是影响氧吸附、氧活化、晶格氧迁移、金属价态调节和表面氧补充。
在挥发性有机物氧化、一氧化碳氧化、甲烷氧化、析氧反应、氧还原反应和固体氧化物燃料电池阴极反应中，氧空位常常显著影响氧吸附、氧活化、晶格氧迁移和氧补充过程，但具体活性还同时受 B 位电子结构、金属—氧键强度、表面重构和稳定性影响。氧空位是连接“结构缺陷”和“催化活性”的关键因素。
氧空位作用 | 对催化反应的意义 |
提供氧吸附和活化位置 | 有利于氧气、羟基或含氧中间体靠近表面活性中心 |
促进表面活性氧形成 | 有助于形成参与氧化反应或电极反应的活性氧物种 |
增强晶格氧迁移 | 有利于体相晶格氧向表面补充，维持氧化循环 |
调节乙位金属价态 | 通过电荷补偿影响锰、铁、钴、镍等过渡金属的氧化还原状态 |
影响反应路径 | 可改变吸附氧、表面氧和晶格氧在反应中的参与方式 |
氧空位并不是越多越好。过少时，氧吸附和氧迁移受限；适量时，有利于氧交换和结构稳定之间的平衡；过多时，可能削弱晶格稳定性，导致氧迁移效率下降、不可逆结构变化或第二相生成。因此，氧空位评价应关注可逆生成、迁移和补充能力，而不是只追求缺陷信号增强。
氧空位状态 | 催化表现 | 需要关注的问题 |
氧空位不足 | 氧吸附、氧活化和晶格氧补充能力有限 | 活性低、低温反应启动困难、氧交换速率慢 |
氧空位适中 | 氧吸附、氧迁移、电子转移和结构稳定性较协调 | 适合围绕组成、表面和反应条件继续优化 |
氧空位过多 | 晶格稳定性下降，反应后结构恢复能力变差 | 可能出现相变、组分偏析、导电性异常或活性衰减 |
因此氧空位调控的重点不是单纯提高缺陷数量，而是让氧空位能够在反应中可逆生成、迁移、补充并参与催化循环。实验判断时，应同时结合氧缺陷表征、金属价态变化、反应前后晶相和稳定性数据，避免只凭单一氧空位信号判断催化性能。
4. B 位过渡金属为什么常是活性调控核心
B 位过渡金属是钙钛矿氧化物催化性能的重要来源。锰、铁、钴、镍等金属具有可变价态，可在反应过程中参与电子转移，并影响氧物种与表面的结合强度。
B 位因素 | 对催化性能的影响 |
金属价态 | 决定氧化还原循环能力和电荷补偿方式 |
金属—氧键强度 | 影响氧吸附、中间体稳定性和产物脱附 |
电子结构 | 影响电子转移速度、反应能垒和氧物种活性 |
多金属协同 | 可调节活性、稳定性、氧空位浓度和表面重构行为 |
表面重构倾向 | 反应中可能形成新的活性表面层 |
不同 B 位体系的研究重点不同：
B 位体系 | 重点关注 |
锰基体系 | 氧迁移、挥发性有机物氧化、固体氧化物电池阴极稳定性 |
铁基体系 | 结构稳定性、氧空位调控、氧化反应和电极反应 |
钴基体系 | 氧还原、析氧反应、低温氧交换和氧化活性 |
镍基体系 | 氧化还原活性、电子结构和反应中间体吸附 |
钴铁复合体系 | 氧表面交换、氧离子迁移和电化学反应综合性能 |
B 位金属活性不能理解为“越活泼越好”。金属—氧键过强时，反应中间体可能不易脱附；金属—氧键过弱时，氧吸附和活化可能不足。催化剂设计的关键是让吸附、反应、电子转移、氧迁移和产物脱附处于合适平衡。尤其在镍基、钴基钙钛矿用于析氧反应时，反应后表面可能形成氧化物、氢氧化物或羟基氧化物活性层，评价活性时应结合反应后表面结构判断真实活性相。
5. 钙钛矿氧化物参与哪些能源与环境反应
钙钛矿氧化物适合讨论的催化反应，多数与氧吸附、氧活化、晶格氧迁移或氧离子传导有关。不同反应的核心控制步骤不同，不能用同一套选材逻辑判断。
反应方向 | 反应本质 | 钙钛矿氧化物的关键作用 | 重点指标 |
析氧反应 | 水或氢氧根转化为氧气 | B 位金属调节含氧中间体吸附，表面重构和氧空位影响反应速率 | 过电位、电流密度、塔菲尔斜率、法拉第效率、稳定性 |
水系氧还原反应 | 氧气在水系电解质中还原为水或氢氧根 | 表面氧吸附、电子转移和氧中间体稳定性决定活性 | 起始电位、半波电位、电子转移数、过氧化物产率、稳定性 |
挥发性有机物氧化 | 目标通常是将挥发性有机物深度氧化为二氧化碳和水，同时控制部分氧化副产物。 | 表面活性氧和晶格氧共同参与氧化循环 | 起燃温度、半转化温度、完全转化温度、二氧化碳选择性、抗水抗毒能力 |
一氧化碳氧化 | 一氧化碳转化为二氧化碳 | 氧空位促进氧吸附和活化，晶格氧可参与氧化过程 | 转化温度、反应速率、抗湿性、碳酸盐覆盖情况 |
甲烷完全氧化 | 强碳氢键被活化并氧化 | 表面氧物种、晶格氧活性和热稳定性共同影响转化 | 转化率、二氧化碳选择性、抗烧结性、抗水性 |
固体氧化物燃料电池阴极反应 | 氧气吸附、解离、还原并形成氧离子 | 氧表面交换、氧离子迁移、电子传导和电极结构共同决定性能 | 极化阻抗、面积比电阻、功率密度、热膨胀匹配、长期稳定性 |
析氧反应和氧还原反应是水分解、燃料电池和金属空气电池中的关键慢反应。钙钛矿氧化物因组成可调和过渡金属位点丰富，被广泛用于非贵金属氧电催化剂研究。挥发性有机物氧化、一氧化碳氧化和甲烷氧化则更强调表面氧物种、晶格氧补充能力、低温活性和长期抗失活能力。固体氧化物燃料电池阴极还需要同时考虑氧交换、氧离子迁移、电子传导、热膨胀匹配和电极—电解质相容性。
6. 从性能数据到结构证据：催化结果怎样判断
钙钛矿氧化物催化剂的评价不能只看单次活性。高转化率、低过电位或低极化阻抗，只能说明当前测试条件下性能较好；要判断材料设计是否成立，还需要把性能数据与晶相、金属价态、氧空位、表面结构、比表面积和反应后稳定性放在一起分析。
需要判断的问题 | 应重点查看的证据 | 判断要点 |
是否形成目标钙钛矿相 | 晶相分析、元素比例分析 | 确认是否存在杂相、未反应前驱体或组成偏离，避免把杂相活性误认为钙钛矿本征作用 |
活性提升是否来自乙位金属调控 | 表面价态分析、吸收谱分析、反应前后价态对比 | 判断锰、铁、钴、镍等乙位金属是否参与氧化还原循环和电子转移 |
氧空位是否真正参与催化 | 多手段氧缺陷分析、氧程序升温脱附、氢气程序升温还原、电子顺磁共振、热重分析 | 判断氧空位变化是否与氧吸附、氧迁移、晶格氧补充或活性变化对应 |
活性差异是否只是比表面积造成 | 比表面积和孔结构测试 | 区分表面积增加带来的表观活性提升，和金属—氧网络调控带来的结构活性提升 |
反应后结构是否保持 | 反应前后晶相、形貌、元素分布和表面价态对比 | 判断是否发生烧结、相变、组分偏析、金属溶出或表面覆盖 |
晶格氧是否参与反应 | 同位素标记、原位光谱、程序升温反应分析 | 判断反应是否涉及晶格氧消耗、氧空位生成和氧补充循环 |
电极性能是否受界面影响 | 阻抗分析、对称电池测试、界面微结构观察 | 判断限制步骤来自材料本身、界面接触、电极孔结构还是离子传导 |
结果是否具有重复性 | 平行样品、批次重复、反应前驱体和煅烧条件记录 | 判断性能变化是否可靠，避免由合成批次、粒径或测试条件差异造成误判 |
实验评价的重点不是把所有表征都做一遍，而是让性能数据和结构证据能够相互对应。若活性提升同时伴随合理的乙位金属价态变化、可解释的氧空位调控、稳定的晶相结构或可控的表面活性层，结构—性能关系才具有说服力。
相反，如果活性提升伴随明显相变、金属溶出、颗粒烧结、表面碳酸盐覆盖或批次差异过大，就需要谨慎判断该方向是否值得继续优化。此时应先回到材料组成、合成路线、煅烧条件和测试环境，确认性能变化是否来自可控的结构调控，而不是偶然的表面状态或不可逆损伤。
7. 失活机制与排查重点：结构、表面和反应环境的变化
钙钛矿氧化物催化剂的失活通常不是单一原因造成的，而是结构稳定性、表面状态和反应环境共同变化的结果。反应过程中，表面可能发生重构，晶格氧可能被持续消耗，氧空位可能出现不可逆变化，颗粒可能烧结长大，甲位或乙位元素也可能发生偏析、溶出或与反应气氛发生副反应。
失活来源 | 典型表现 | 优先排查 |
高温烧结 | 颗粒长大，比表面积下降，活性位点减少 | 颗粒尺寸、孔结构、比表面积和反应前后形貌 |
表面重构失控 | 表面形成非预期新相，活性层结构不稳定 | 反应前后表面价态、晶相和局部结构 |
甲位元素偏析 | 锶、钡等元素在表面富集，可能形成碳酸盐或硫酸盐 | 表面元素组成、二氧化碳或含硫气氛后的表面物种 |
乙位金属溶出 | 锰、铁、钴、镍等活性金属流失，电催化稳定性下降 | 电解液中金属含量、反应后表面组成和晶相变化 |
碳酸盐或强吸附物覆盖 | 表面活性位被覆盖，低温氧化活性下降 | 原位红外、程序升温脱附、二氧化碳影响实验 |
氧空位不可逆变化 | 氧迁移和晶格氧补充能力下降，活性难以恢复 | 氧缺陷表征、氧物种变化、反应前后还原行为 |
水汽或杂质中毒 | 反应物吸附和氧活化受阻，长期活性衰减 | 抗水性、抗硫性、抗氯性和杂质耐受性 |
结构相变或第二相生成 | 钙钛矿骨架受损，反应后性能不可逆下降 | 反应后晶相、元素分布和局部结构 |
电极界面劣化 | 固体氧化物电池阴极阻抗升高，界面反应受限 | 电极—电解质界面、热膨胀匹配和长期阻抗变化 |
需要注意的是，表面重构并不一定都是失活原因。在部分析氧反应和氧还原反应中，钙钛矿氧化物表面可能形成新的活性层，反而参与实际催化过程。关键在于这种重构是否可控、是否稳定，以及是否伴随严重金属溶出、晶格坍塌或不可逆相变。
判断钙钛矿氧化物催化剂是否失活，不能只看活性下降本身，还要结合反应前后晶相、表面价态、元素组成、氧空位状态、比表面积和形貌变化。只有把性能衰减与结构变化对应起来，才能判断失活来自烧结、表面覆盖、金属溶出、氧缺陷失衡，还是反应环境与材料本身不匹配。
8. 材料选型逻辑：按反应任务匹配金属位点、氧缺陷与稳定性
钙钛矿氧化物催化剂的选择应从反应任务出发。不同反应对金属价态、金属—氧键强度、氧空位、晶格氧迁移、表面稳定性和电极界面有不同要求。
热催化氧化反应通常关注氧吸附、晶格氧补充、低温活性和抗水抗毒能力；电催化析氧和氧还原反应关注乙位金属电子结构、含氧中间体吸附、表面重构和金属溶出；固体氧化物燃料电池阴极则需要同时考虑氧表面交换、氧离子传导、电子传导、热膨胀匹配和界面稳定性。
研究目标 | 材料选择方向 | 关注重点 |
挥发性有机物氧化 | 锰基、钴基、铁基钙钛矿氧化物及复合体系 | 低温活性、晶格氧活性、二氧化碳选择性、抗水性 |
一氧化碳氧化 | 钴基、锰基或氧空位较丰富的钙钛矿氧化物 | 氧吸附、氧活化、表面碳酸盐覆盖 |
甲烷完全氧化 | 热稳定锰基、钴基、铁基钙钛矿氧化物 | 碳氢键活化、高温稳定性、抗烧结能力 |
析氧反应 | 钴基、镍基、铁基或复合乙位体系 | 过电位、表面重构、金属溶出、长期稳定性 |
氧还原反应 | 镧锰氧、镧钴氧、镧镍氧及掺杂体系 | 氧吸附强度、电子转移、反应路径和稳定性 |
固体氧化物燃料电池阴极 | 锶掺杂镧锰氧、锶掺杂镧钴铁氧、钡锶钴铁氧 | 氧表面交换、氧离子传导、热膨胀匹配和界面稳定性 |
高温氧化反应 | 热稳定钙钛矿氧化物及复合结构 | 抗烧结、相稳定性和晶格氧补充能力 |
材料选择可以按以下顺序判断：
1. 反应是否主要受氧吸附、氧活化、氧迁移或氧释放控制；
2. 乙位金属是否具备合适的氧化还原能力；
3. 金属—氧键强度是否有利于反应中间体吸附和产物脱附；
4. 氧空位是否能够在反应中可逆生成、迁移和补充；
5. 表面氧物种是否有利于目标选择性；
6. 反应后钙钛矿结构或活性表面层是否稳定；
7. 催化剂是否具有可重复合成和稳定运行基础。
9. 钙钛矿氧化物能源与环境催化相关产品选表导航（表1-表5）
科研或实验目标 | 建议先看哪张表 | 为什么先看这张表 | 建议联动看哪张表 | 导航说明 |
建立镧基钙钛矿氧化物的基础配方 | 表1 | 表1集中列出镧、锶、钡、钙等甲位金属来源，可先确定钙钛矿氧化物的主体骨架和甲位掺杂方向 | 表2、表4 | 先确定甲位组成，再选择乙位锰、铁、钴、镍来源，并结合合成助剂建立前驱体制备路线 |
比较锶、钡、钙等甲位调控对氧空位和结构稳定性的影响 | 表1 | 甲位离子半径、电荷平衡和掺杂比例会影响晶格畸变、氧空位形成和高温稳定性 | 表2、表3 | 可围绕锶掺杂、钡锶复合或钙基体系设计对比实验，再结合氧缺陷和氧离子传导材料分析结构—性能关系 |
选择乙位过渡金属以调控催化活性 | 表2 | 表2集中列出锰、铁、钴、镍来源，乙位金属直接影响价态循环、金属—氧键强度、氧吸附和电子转移 | 表1、表3 | 可根据目标反应选择锰基、铁基、钴基、镍基或复合乙位体系，再通过甲位掺杂和氧缺陷材料调节活性与稳定性 |
研究挥发性有机物氧化、一氧化碳氧化或甲烷氧化 | 表2 | 这类反应重点在氧活化、晶格氧补充和金属价态循环，乙位锰、钴、铁体系通常是实验筛选起点 | 表1、表3 | 先按乙位金属确定氧化催化方向，再通过锶、钡、钙等甲位调控和氧化铈等复合材料改善氧迁移与抗失活能力 |
开展析氧反应或氧还原反应电催化研究 | 表2 | 析氧和氧还原反应对乙位电子结构、金属价态和含氧中间体吸附较敏感，应先明确乙位金属组合 | 表1、表5 | 先确定钴基、镍基、铁基或复合乙位体系，再结合甲位掺杂设计和电解质、导电辅助材料完成电极评价 |
构建固体氧化物燃料电池阴极或复合电极材料 | 表3 | 表3包含氧化钇稳定氧化锆、氧化铈及稀土氧化物，也包含氧化锆基复合/界面材料前驱体，适合用于氧离子传导、界面稳定和复合电极研究 | 表1、表2 | 可先确定氧离子传导或复合电极材料，再联动甲位和乙位前驱体构建锶掺杂镧锰氧、镧钴铁氧或钡锶钴铁氧方向 |
研究氧空位、晶格氧补充和氧储放行为 | 表3 | 氧化铈、氧化钆、氧化钐、氧化锆和氧化钇稳定氧化锆可用于氧缺陷、氧离子传导和复合界面调控 | 表1、表2 | 适合用于分析钙钛矿氧化物与氧化铈基、氧化锆基材料复合后对氧迁移和催化循环的影响 |
采用溶胶凝胶、络合燃烧或聚合络合法制备多金属氧化物 | 表4 | 表4列出柠檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸、甘氨酸和尿素，适合用于多金属离子均匀分散和前驱体成胶、燃烧或沉淀调控 | 表1、表2 | 先按合成方法选择络合剂、燃料或沉淀调控助剂，再匹配甲位和乙位金属盐，减少组成偏析和杂相形成 |
比较固相法与湿化学法对相形成和颗粒结构的影响 | 表1、表2 | 表1和表2同时包含氧化物、碳酸盐、硝酸盐和乙酸盐，可用于搭建不同前驱体路线的对比实验 | 表4 | 固相法可从氧化物或碳酸盐入手，湿化学法可从硝酸盐和络合助剂入手，重点比较相纯度、粒径、比表面积和氧缺陷状态 |
评价钙钛矿氧化物电极的电催化性能 | 表5 | 表5包含碱性测试电解质和导电辅助材料，可用于建立析氧、氧还原等电催化评价体系 | 表2、表3 | 先用氢氧化钾和导电碳材料构建测试体系，再结合乙位金属组成和氧缺陷材料分析活性、稳定性和电子传输影响 |
排查催化活性低、稳定性差或批次差异大的原因 | 表1、表2、表4 | 甲位、乙位和合成助剂共同影响相纯度、元素分布、氧空位和颗粒结构，是排查实验差异的主要入口 | 表3、表5 | 若问题集中在氧迁移或电极性能，可联动表3和表5检查氧离子传导、复合界面和电极导电网络 |
表1｜A 位金属来源：镧、锶、钡、钙前驱体
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品特色与应用 |
甲位镧源 | 10277-43-7 | 硝酸镧 六水合物 | PrimorTrace™, ≥99.999% metals basis | 常用于溶胶凝胶、络合燃烧和共沉淀路线制备镧基钙钛矿氧化物，可作为镧锰氧、镧铁氧、镧钴氧和镧镍氧体系的甲位前驱体 | |
甲位镧源 | 1312-81-8 | 氧化镧(III) | 基础级试剂, 用于制备 | 可用于固相法或高温烧结路线制备镧基钙钛矿氧化物，适合研究甲位镧含量、相形成和高温结构稳定性 | |
甲位锶源 | 10042-76-9 | 硝酸锶(易制爆) | 无水级, PrimorTrace™, 超纯级, ≥99.99% metals basis | 可作为锶掺杂钙钛矿氧化物的可溶性甲位前驱体，用于调节电荷平衡、氧空位形成和氧表面交换能力 | |
甲位锶源 | 1633-05-2 | 碳酸锶 | 电子级, ≥99.5%, 0-1μm | 可用于固相法制备锶掺杂镧锰氧、镧钴氧和镧钴铁氧体系，适合关注锶掺杂对氧空位、导电性和阴极反应的影响 | |
甲位钡源 | 10022-31-8 | 硝酸钡(易制爆) | 适用于分析, ACS, 优级品 | 可作为钡基或钡锶复合钙钛矿氧化物的可溶性甲位前驱体，用于研究钡引入对晶格尺寸、氧非化学计量和氧迁移行为的影响 | |
甲位钡源 | 513-77-9 | 碳酸钡 | 电子级,≥99.8% metals basis | 可用于固相合成钡基或钡锶钴铁氧类材料，适合研究高温氧化反应和固体氧化物电池阴极材料的相形成 | |
甲位钙源 | 13477-34-4 | 硝酸钙 四水合物（易制爆） | BioReagent, ≥99% | 可用于钙锰氧、钙铁氧等钙基钙钛矿氧化物的湿化学合成，适合研究钙位引入对晶格稳定性和氧迁移的影响 | |
甲位钙源 | 471-34-1 | 碳酸钙 | ≥99.995% metals basis | 可用于固相法制备钙基钙钛矿氧化物或复合氧化物，适合关注高温烧结、相稳定性和氧化催化中的碱土金属调控 |
表2｜B 位过渡金属来源：锰、铁、钴、镍前驱体
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品特色与应用 |
乙位锰源 | 20694-39-7 | 硝酸锰 四水合物 | ≥98% | 可作为锰基钙钛矿氧化物湿化学合成前驱体，用于制备镧锰氧、锶掺杂镧锰氧和钙锰氧等氧化催化材料 | |
乙位锰源 | 6156-78-1 | 乙酸锰,四水 | PrimorTrace™, ≥99.99% metals basis | 可用于络合溶胶凝胶和低温前驱体路线制备锰基复合氧化物，适合研究锰价态变化、氧空位和晶格氧活性 | |
乙位锰源 | 1313-13-9 | 二氧化锰 | ≥99.95% metals basis | 可作为固相法锰源或氧化性锰组分，用于锰基钙钛矿氧化物及复合氧化物的制备，适合挥发性有机物氧化和一氧化碳氧化研究 | |
乙位铁源 | 7782-61-8 | 九水硝酸铁(III) | 欧洲药典（Ph.Eur）, 适用于分析, ACS, 优级品 | 可作为铁基钙钛矿氧化物的可溶性乙位前驱体，用于镧铁氧、锶掺杂镧铁氧和钴铁复合体系的湿化学合成 | |
乙位铁源 | 1309-37-1 | 三氧化二铁 | AR, ≥99% | 可作为固相法铁源，用于制备铁基钙钛矿氧化物和钴铁复合氧化物，适合关注结构稳定性、氧化还原行为和高温反应耐久性 | |
乙位钴源 | 10026-22-9 | 六水合硝酸钴(II) | 适用于分析, 优级品 | 可作为钴基钙钛矿氧化物湿化学合成前驱体，用于镧钴氧、锶掺杂镧钴氧和钴铁复合体系的组成调控 | |
乙位钴源 | 1307-96-6 | 一氧化钴 | 试剂级 | 可作为固相法钴源，用于制备钴基钙钛矿氧化物和复合氧化物，适合研究钴价态、金属—氧键强度和低温氧化活性 | |
乙位钴源 | 1308-06-1 | 氧化钴 (II,III) | 粉末，＜10μm | 可作为钴基复合氧化物和钴铁钙钛矿材料的乙位来源，适合研究多价态钴对氧吸附、氧交换和电催化反应的影响 | |
乙位镍源 | 13478-00-7 | 硝酸镍,六水(易制爆) | PrimorTrace™, ≥99.999% metals basis | 可作为镍基钙钛矿氧化物湿化学合成前驱体，用于镧镍氧及复合乙位体系的电子结构和氧化还原活性研究 | |
乙位镍源 | 1313-99-1 | 氧化镍(II) | 纳米线，直径×L~20nm×10μm | 可作为镍源或复合氧化物组分，用于镍基钙钛矿氧化物、氧化还原催化和电极材料研究，纳米线形貌有利于构建接触界面 |
表3｜氧缺陷调控、氧离子导体前驱体与复合电极相关材料
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品特色与应用 |
氧缺陷与氧储放调控材料 | 1306-38-3 | 氧化铈 (IV) | 纳米粉末，粒径＜25nm | 具有氧储放和铈价态循环特征，可用于钙钛矿氧化物复合改性，辅助研究氧空位、晶格氧补充和低温氧化活性 | |
氧缺陷与复合电解质组分 | 12064-62-9 | 氧化钆 | PrimorTrace™, ≥99.99% metals basis | 可用于钆掺杂氧化铈等氧离子导体材料制备，也可作为复合电极中的离子传导调控组分 | |
氧缺陷与复合电解质组分 | 12060-58-1 | 氧化钐 | PrimorTrace™, ≥99.999% metals basis | 可用于钐掺杂氧化铈等复合离子导体制备，适合固体氧化物电池电极中氧离子传导和界面反应研究 | |
氧化锆基复合与界面稳定材料 | 1314-23-4 | 氧化锆(IV) | 纳米粒子, 分散液, ＜100 nm 粒径 (BET), 5 wt. % in H2O | 可用于氧化锆基复合材料、电极涂层和界面稳定研究，纳米分散形态便于构建均匀复合结构 | |
氧离子传导稳定剂 | 1314-36-9 | 氧化钇 99+ | 适用于分析, 优级试剂, ≥99% | 可作为氧化锆稳定剂和固体氧化物电池相关材料组分，用于调节氧离子传导、热稳定性和电极—电解质相容性 | |
氧离子导体与电极复合材料 | 114168-16-0 | 氧化锆 (IV)-氧化钇稳定 | 纳米粉末 | 可作为固体氧化物电池电解质或复合阴极组分，用于研究氧离子传导、电极界面和热膨胀匹配 |
表4｜络合、溶胶凝胶与燃烧合成助剂
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品特色与应用 |
络合溶胶凝胶合成助剂 | 77-92-9 | 柠檬酸 | Moligand™, 无水级, ACS, ≥99.5% | 可作为金属离子络合剂，用于制备成分均匀的钙钛矿氧化物前驱体，适合多金属体系的组成均一化 | |
络合溶胶凝胶合成助剂 | 5949-29-1 | 柠檬酸,一水 | AR, ≥99.5% | 可用于柠檬酸络合法制备镧锰氧、镧铁氧、镧钴氧和钴铁复合钙钛矿氧化物前驱体 | |
聚合络合合成助剂 | 107-21-1 | 乙二醇 | USP,电子级,≥99.5% | 可与柠檬酸配合用于聚合络合路线，帮助形成均匀凝胶前驱体，适合多金属钙钛矿氧化物的低温合成研究 | |
络合调控助剂 | 60-00-4 | 乙二胺四乙酸 | AR, ≥99.5% | 可络合多种金属离子，用于调节前驱体溶液稳定性和金属离子分布，适合复杂掺杂钙钛矿氧化物合成 | |
燃烧合成助剂 | 56-40-6 | 甘氨酸 | Moligand™, ≥99% | 可作为燃烧法中的络合剂和燃料，用于快速制备多金属氧化物前驱体，适合筛选钙钛矿相形成条件 | |
燃烧合成与沉淀调控助剂 | 57-13-6 | 尿素 | AR, ≥99% | 可用于燃烧合成、均相沉淀和前驱体酸碱调控，适合制备分散性较好的复合氧化物粉体 |
表5｜电催化测试电解质、导电辅助材料与对照变量
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品特色与应用 |
电催化测试电解质 | 1310-58-3 | 氢氧化钾 | 电子级, ≥99.999% metals basis, excludes sodium content | 可用于碱性析氧反应和氧还原反应测试体系，适合评价钙钛矿氧化物电催化活性、稳定性和反应路径 | |
电极导电辅助材料 | 1333-86-4 | 石墨化碳 | ≥99.95% metals basis, nanopowder,graphitized,＜500nm particle size (Dls) | 可用于电催化电极制备中的导电网络构建，改善钙钛矿氧化物颗粒与集流体之间的电子接触；同时应作为测试对照变量，尤其在析氧反应评价中需关注碳材料氧化和对表观活性的影响 |
注：以上为阿拉丁代表产品，更多产品规格可用‘品名/CAS/货号’在阿拉丁官网检索。
参考文献
[1] Suntivich J., May K. J., Gasteiger H. A., Goodenough J. B., Shao-Horn Y. A Perovskite Oxide Optimized for Oxygen Evolution Catalysis from Molecular Orbital Principles. Science, 2011, 334: 1383–1385.
[2] Suntivich J., Gasteiger H. A., Yabuuchi N., Nakanishi H., Goodenough J. B., Shao-Horn Y. Design Principles for Oxygen-Reduction Activity on Perovskite Oxide Catalysts for Fuel Cells and Metal–Air Batteries. Nature Chemistry, 2011, 3: 546–550.
[3] Liu L. B., Yi C., et al. Perovskite Oxides Toward Oxygen Evolution Reaction: Intellectual Design Strategies, Properties and Perspectives. Electrochemical Energy Reviews, 2024, 7: 14.
[4] Li Z., Mao X., Feng D., et al. Prediction of Perovskite Oxygen Vacancies for Oxygen Electrocatalysis at Different Temperatures. Nature Communications, 2024, 15: 9318.
[5] Yang L., et al. Perovskite Oxides in Catalytic Combustion of Volatile Organic Compounds: Recent Advances and Future Prospects. Energy & Environmental Materials, 2022, 5(3): 751–776.
[6] Jiang Y., Feng Y., Rastegarpanah A., et al. Perovskite-type Oxide Catalysts for VOC Removal: Recent Advances and Future Prospects. Environmental Science: Nano, 2025, 12: 4491–4514. DOI: 10.1039/D5EN00680E.
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