Probing Electronic and Structural Transformations during Thermal Reduction of the Promising Water Splitting Perovskite BaCe0.25Mn0.75O3

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作者
Jamie A. Trindell,Anthony H. McDaniel,Tadashi Ogitsu,Andrea Ambrosini,Joshua D. Sugar
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (17): 7712-7720 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c00731
摘要

Here, in this report, we investigate the thermal reduction of the octahedral perovskite BaCe<sub>0.25</sub>Mn<sub>0.75</sub>O<sub>3</sub> (BCM) using in situ electron energy loss spectroscopy (EELS) in an aberration-corrected transmission electron microscope (TEM). The 12R-polytype of BCM is known to demonstrate high solar thermochemical hydrogen production capacity. In situ EELS measurements show that Mn is the active redox cation in BCM, undergoing thermal reduction from Mn<sup>4+</sup> to Mn<sup>3+</sup> during heating to 700 °C inside the TEM under a high vacuum. The progressive reduction of Mn<sup>4+</sup> during oxygen vacancy (O<sub>v</sub>) formation was monitored as a function of temperature. Additionally, atomic-resolution scanning transmission electron microscopy identified two different types of twin boundaries present in the oxidized and reduced form of 12R-BCM, respectively. These two types of twin boundaries were shown, via computational modeling, to modulate the site-specific O<sub>v</sub> formation energies in 12R-BCM. It is concluded that these types of atomic defects provide sites more energetically favorable for O<sub>v</sub> formation during thermal reduction.

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