Perovskite Oxyfluoride Ceramic with In Situ Exsolved Ni–Fe Nanoparticles for Direct CO2 Electrolysis in Solid Oxide Electrolysis Cells

材料科学 电解 陶瓷 氧化物 化学工程 钙钛矿(结构) 极化(电化学) 阴极 合金 纳米颗粒 无机化学 纳米技术 冶金 电极 物理化学 化学 工程类 电解质
作者
Shaowei Zhang,Yunan Jiang,Hairui Han,Yihang Li,Changrong Xia
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (25): 28854-28864 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acsami.2c05324
摘要

Solid oxide electrolysis cell (SOEC) is a potential technique to efficiently convert CO2 greenhouse gas into valuable fuels. Thus, there is significant interest in developing highly active and stable electrocatalysts for the CO2 reduction reaction (CO2RR). Herein, a Ni and F co-doping strategy is proposed to facilitate the exsolution reaction and form a new cathode, Ni-Fe alloy nanoparticles embedded in ceramic Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ (SFM) doped with fluorine. F-doping and Ni-Fe exsolution enhance CO2 adsorption by a factor of 2.4 and increase the surface reaction rate constant (kchem) for CO2RR from 6.79 × 10-5 to 18.1 × 10-5 cm s-1, as well as the oxygen chemical bulk diffusion coefficient (Dchem) from 9.42 × 10-6 to 19.1 × 10-6 cm2 s-1 at 800 °C. Meanwhile, the interfacial polarization resistance (Rp) decreases by 52%, from 0.64 to 0.31 Ω cm2. At 800 °C and 1.5 V, an extremely high current density of 2.66 A cm-2 and a stability test over 140 h are achieved for direct CO2 electrolysis in the SOEC.
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