Atomistic Insights into Medium-Entropy Perovskites for Efficient and Robust CO2 Electrolysis

材料科学 电解 氧化物 热力学 电极 动力学 钙钛矿(结构) 亚稳态 化学物理 纳米技术 物理化学 结晶学 电解质 化学 物理 冶金 量子力学 有机化学
作者
Chen Wang,Yan Zhu,Yihan Ling,Yansheng Gong,Rui Wang,Huanwen Wang,Jun Jin,Ling Zhao,Beibei He
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (39): 45905-45914 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09913
摘要

Solid oxide electrolysis cells (SOECs) show great promise in converting CO2 to valuable products. However, their practicality for the CO2 reduction reaction (CO2RR) is restricted by sluggish kinetics and limited durability. Herein, we propose a novel medium-entropy perovskite, Sr2(Fe1.0Ti0.25Cr0.25Mn0.25Mo0.25)O6-δ (SFTCMM), as a potential electrode material for symmetrical SOEC toward CO2RR. Experimental and theoretical results unveil that the configuration entropy of SFTCMM perovskites contributes to the strengthened metal 3d-O 2p hybridization and the reduced O 2p bond center. This variation of electronic structure benefits oxygen vacancy creation and diffusion as well as CO2 adsorption and activation and ultimately accelerates CO2RR and oxygen electrocatalysis kinetics. Notably, the SFTCMM-based symmetrical SOEC delivers an excellent current density of 1.50 A cm-2 at 800 °C and 1.5 V, surpassing the prototype Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ (SFM, 1.04 A cm-2) and most of the state-of-the-art electrodes for symmetrical SOECs. Moreover, the SFTCMM-based symmetrical SOEC demonstrates stable CO2RR operation for 160 h.
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