Volatilization‐Induced Local Formation of Surface‐Active Nanoparticles for Efficient Electrochemical Reduction of Pure CO2

材料科学 挥发 电化学 还原(数学) 纳米颗粒 化学工程 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 化学 几何学 数学 工程类
作者
Ling Fu,Senran Hao,Kuiwu Lin,Beijing Cai,Hailong Liao,Yuan Zhang,Tao Liu,Bin Chen,Heping Xie
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202502241
摘要

Abstract Efficient CO 2 electroreduction is an enabling technology for zero CO 2 emission in many novel electrochemical fossil fuel utilization technologies, such as direct coal fuel cells. Solid oxide electrolysis cells (SOECs) offer the highest potential for large‐scale CO 2 electroreduction due to the higher current density and energy efficiency compared to low‐temperature CO 2 electrolysis. However, conventional unmodified cathodes suffer from low activity and rapid degradation in pure CO 2 at high temperatures. Here, a material design strategy is demonstrated that enhances perovskite cathode activity and stability by doping Li into PrBaFe 1.6 Ni 0.2 Nb 0.2 O 6‐δ (Pr 0.9 Ba 0.9 Li 0.2 Fe 1.6 Ni 0.2 Nb 0.2 O 6‐δ , PBLFNN), inducing the spontaneous formation of surface‐active oxide nanoparticles composed of Fe‐Ni‐O (Ni x Fe 1‐x O) via Li 2 O volatilization during synthesis, without the need for additional modification. The PBLFNN‐SDC cathode achieved a high current density of 1.76 A cm −2 at 1.5 V and 800 °C in pure CO 2 , a 74.26% improvement over the undoped PBFNN‐SDC cathode. DFT calculations confirmed that Li doping and Ni x Fe 1‐x O exsolution synergistically lower the oxygen vacancy formation energy and promote CO 2 adsorption and activation. This findings introduce a scalable, non‐external modification exsolution strategy for designing high‐performance perovskite‐based cathodes for more efficient and durable CO 2 electroreduction.
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