热电发电行业排放的温室气体和空气污染物对空气质量及气候变化构成了严重威胁[1,2]。近年来，由于固体氧化物燃料电池（SOFC）具有优异的燃料灵活性、高转换效率和低环境污染性[[3], [4], [5]]，因此受到了广泛关注。钡锶钴铁酸盐（Ba1-xSrxCoyFe1-yO3?δ，简称BSCF）表现出显著的电子和离子导电性以及优异的电催化活性，成为低温SOFC最有前景的阴极材料[[6], [7], [8], [9]]。然而，BSCF阴极最严重的问题是CO2中毒导致的化学稳定性差。即使环境中存在微量的CO2，也会导致电化学性能的显著下降，这限制了其商业化应用[[10], [11], [12]]。CO2分子可能会优先占据反应位点，阻碍O2分子的吸附和解离。此外，表面还会生成碳酸盐化合物，进一步降低BSCF的电化学性能。
CO2的耐受性与平均金属-氧键能（ABE）直接相关。较高的ABE值意味着更强的金属-氧键，从而抑制了金属离子的分离及其与CO2的反应。在钙钛矿氧化物的B位点进行Nb掺杂可以增加ABE值，从而提高对CO2的抵抗力[13]。此外，金属氧化物与CO2的反应活性与其酸度有关，酸度越高，对CO2的耐受性越好。金属氧化物的酸度可以通过Sanderson的电负性和阳离子价态来确定。与其他元素相比，Nb元素的电负性较低，酸度较高，平均金属-氧键能也较大[14,15]。
实验上已经尝试通过Nb掺杂来提高BSCF钙钛矿对CO2的耐受性[13,[16], [17], [18]]。Lu等人[13]提出了一种新的Ba0.9Co0.7Fe0.2M0.1O3-δ（M?=?Zr, Nb, Y）氧化物，发现高价金属在B位的掺杂可以增强表面酸度以及与金属-氧键相关的自由能，从而内在地提高对CO2的耐受性。Yi等人[17]研究了含有CO2的大气中BaCo0.4Fe0.4Nb0.2O3-δ膜的降解行为和机制，得出Nb替代Co可以提高CO2抵抗力的结论。
关于CO2在钙钛矿表面吸附的理论研究也有很多报道，例如LaMnO3、La0.5Ba0.5CoO3和La0.3Sr0.7Fe0.7Cr0.3O3[19], [20], [21], [22], [23]。通过对CO2与LaMnO3表面相互作用的分析，发现La阳离子表面会发生强烈的吸附[19]。同时，利用密度泛函理论（DFT）计算研究了La0.5Ba0.5CoO3钙钛矿氧化物（001）和（110）方向的CO2吸附过程，结果表明通过最大化暴露的（001）端面可以提升该材料的催化性能[20]。Kozokaro等人[21]使用Hubbard U校正的DFT方法，在La0.3Sr0.7Fe0.7Cr0.3O3表面识别出CO2的优选活性位点。
从分子层面阐明CO2中毒的复杂相互作用机制非常重要。然而，根据现有文献，关于CO2在BSCF表面的吸附研究还不够深入。我们仅了解关于BSCF表面CO2吸附的唯一一项理论研究[9]。在这项研究中，仅考虑了最有利于CO2吸附的位点。还需要更多研究来理解和预测CO2的中毒机制。本研究采用包含现场库仑相互作用的DFT计算，研究了CO2在BSCF(001)表面的吸附机制，并通过Nb掺杂策略来提高电极性能，旨在为相关实验研究提供理论指导。
