近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员傅强、副研究员宁艳晓团队利用自主研制的近常压光发射电子显微镜（NAP-PEEM），实现了固体氧化物电解池（SOEC）电极动态重构过程的原位可视化表征，揭示了电场与氧溢流协同驱动电极迁移的作用机制。相关成果发表在《美国化学会志》。
SOEC是一类在高温条件下实现电能与化学能高效转换的电化学器件。在其运行过程中，高温、电场、气氛等条件驱动电解质和电极的表界面处发生离子输运、氧溢流、电解质/电极动态重构，这些过程的实时动态表征面临挑战。
傅强团队长期致力于发展原位表界面表征方法和仪器，先后研制了深紫外激光光发射电子显微镜、近常压光发射电子显微镜、质谱—真空拉曼耦合装置、冷冻X射线光电子能谱，并将这些技术应用于能源催化研究中。
本工作中，团队利用自主研制的NAP-PEEM在高温、外场和气氛条件下表面过程动态成像的优势，结合微区X射线光电子能谱、原位质谱等技术，基于构建的平面型Ag|Y2O3掺杂ZrO2（YSZ）|Ag模型电池，实现了阳极表界面化学态及结构演化的时空分辨关联。研究发现，在外加电压作用下，YSZ和阳极的三相界面位点形成高活性氧物种并溢流到Ag电极表面。同时，局部电场与氧溢流形成协同增强效应，共同驱动Ag电极发生定向迁移。空间电场分布决定了Ag迁移的方向性，而氧溢流则控制最终迁移程度。
该工作实现了SOEC工作条件下电极动态重构行为的原位时空可视化，为理解高温电化学体系中的重要表界面过程提供了研究方法。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.6c07436
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