Active Cu and Fe Nanoparticles Codecorated Ruddlesden–Popper‐Type Perovskite as Solid Oxide Electrolysis Cells Cathode for CO 2 Splitting

阴极 材料科学 电解 钙钛矿(结构) 氧化物 无机化学 化学工程 分析化学(期刊) 电极 化学 物理化学 电解质 冶金 色谱法 工程类
作者
Dongliang Liu,Hang Shang,Chuan Hong Zhou,Jie Miao,Daxiang Xue,Zeping Chen,Meijuan Fei,Fengli Liang,Qiang Niu,Ran Ran,Wei Zhou,Zongping Shao
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:7 (5) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/eem2.12717
摘要

Solid oxide electrolysis cells (SOECs), displaying high current density and energy efficiency, have been proven to be an effective technique to electrochemically reduce CO 2 into CO. However, the insufficiency of cathode activity and stability is a tricky problem to be addressed for SOECs. Hence, it is urgent to develop suitable cathode materials with excellent catalytic activity and stability for further practical application of SOECs. Herein, a reduced perovskite oxide, Pr 0.35 Sr 0.6 Fe 0.7 Cu 0.2 Mo 0.1 O 3‐δ (PSFCM0.35), is developed as SOECs cathode to electrolyze CO 2 . After reduction in 10% H 2 /Ar, Cu and Fe nanoparticles are exsolved from the PSFCM0.35 lattice, resulting in a phase transformation from cubic perovskite to Ruddlesden–Popper (RP) perovskite with more oxygen vacancies. The exsolved metal nanoparticles are tightly attached to the perovskite substrate and afford more active sites to accelerate CO 2 adsorption and dissociation on the cathode surface. The significantly strengthened CO 2 adsorption capacity obtained after reduction is demonstrated by in situ Fourier transform‐infrared (FT‐IR) spectra. Symmetric cells with the reduced PSFCM0.35 (R‐PSFCM0.35) electrode exhibit a low polarization resistance of 0.43 Ω cm 2 at 850 °C. Single electrolysis cells with the R‐PSFCM0.35 cathode display an outstanding current density of 2947 mA cm −2 at 850 °C and 1.6 V. In addition, the catalytic stability of the R‐PSFCM0.35 cathode is also proved by operating at 800 °C with an applied constant current density of 600 mA cm −2 for 100 h.
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