报告题目：利用原位X射线光电子能谱表征固体氧化物电池电极材料的表面化学和缺陷平衡
报 告 人：陆启阳 教授（西湖大学）
报告时间：2022年8月15日下午15点30分
报告地点：新能源大楼附楼102会议室
个人简介：陆启阳博士现在是西湖大学工学院特聘研究员和固态离子学实验室负责人。陆启阳博士2012年毕业于清华大学材料科学与工程系，获工学学士。本科毕业后在美国麻省理工学院（MIT）攻读博士学位，师从Bilge Yildiz教授。2018年1月取得工学博士学位，并荣获当年度MIT材料系最佳博士生论文奖。随后先后在橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory），斯坦福大学和劳伦斯伯克利国家实验室先进光源（Advanced Light Source）进行博士后研究。曾获得美国材料研究学会研究生金奖（MRS GSA Gold）, 美国陶瓷学会Ross Coffin Purdy奖（共同获奖人）等荣誉。陆启阳博士的研究领域属于表面科学、固态电化学与材料科学的交叉领域。将前沿的原位表面与界面研究方法与知识运用于材料科学的基础研究中，成功实现了在高温、反应气氛、外加电压等极端条件下，对材料表面与界面的电子结构、化学组成及缺陷等性质进行纳米尺度上的探测，阐明了材料表面与界面的微观性质对表面化学反应动力学影响机理。已经在Nature Material（两篇）， Nano Letters，Advanced Functional Materials 等国际顶尖期刊上发表了20余篇论文。
报告简介：
在真实工况下原位表征固体氧化物燃料电池和电解池（SOFC/SOEC）电极材料的表面化学成分和电子结构，对于理解电极材料的构效关系，从而设计材料以提升高温电催化性能和稳定性有极为重要的意义。这就要求我们能够在高温（至少500°C）、反应气氛（空气电极氧化气氛或者燃料电极还原气氛）和外加电压下原位表征固/气界面，而一般的传统表面科学表征手段难以达到这一要求。近年来，新开发的基于同步辐射的近常压X射线光电子能谱和吸收谱（AP-XPS/XAS）突破了普通X射线光电子能谱的实验条件限制，使得我们可以原位深刻揭示工况下电极表面的化学组成、元素价态以及氧空位缺陷浓度的变化规律。我们将通过三个具体例子阐述AP-XPS/XAS在固体氧化物燃料电池电极材料表征方面的应用：1）我们发现表面添加不易被还原的金属阳离子（如Hf,Zr,Ti等）可以有效提高(La,Sr)CoO3作为SOFC阴极材料的高温氧还原催化稳定性。通过AP-XPS/XAS，我们发现表面氧空位的减少可以抑制Sr的表面偏聚，从而提高电极性能的稳定性[1]。2）利用AP-XAS我们不仅可以探测SrCoOx相变过程中的电子结构变化，还可以借助弛豫过程分析氧空位浓度改变造成的相变过程的动力学和其决速步骤[2]；3）利用AP-XPS/XAS，我们分析了(Pr,Ce)O2-x表面和体相缺陷化学平衡的不同，结果表明表面氧空位的浓度要远远大于体相，并且其随着氧分压pO2的变化规律也有很大差别[3]。我们还将简述如何将AP-XPS表征手段从固/气界面扩展到固/液界面，从而扩大这一有力的原位表征手段的应用范围，使其在水溶液电催化、赝电容以及多相催化中等都得到广泛的应用。
[1] Nikolay Tsvetkov*, Qiyang Lu*, Lixin Sun, Ethan Crumlin, and Bilge Yildiz, Improved chemical and electrochemical stability of perovskite oxides with less reducible cations at the surface, Nature Materials 15 (2016) 1010-1016, *equally contributing first author
[2] Qiyang Lu, Yan Chen, Hendrik Bluhm and Bilge Yildiz, Electronic Structure Evolution of SrCoOx during Electrochemically Driven Phase Transition Probed by in situ X-ray Spectroscopy, Journal of Physical Chemistry C 120 (2016), 24148-24157
[3] Qiyang Lu, Gulin Vardar, Maximilian Jansen, Sean R Bishop, Iradwikanari Waluyo, Harry L Tuller, and Bilge Yildiz, Surface Defect Chemistry and Electronic Structure of Pr0.1Ce0.9O2−δ Revealed in Operando, Chemistry of Materials 30 (2018), 2600-2606