Enhanced Electrocatalytic Activity and Surface Exsolution in PrOx-Substituted Cerium Gadolinium Oxide

近程 氧化铈 氧化物 电解质 电化学 化学 电催化剂 无机化学 催化作用 固溶体 材料科学 电极 物理化学 一氧化碳 有机化学 生物化学
作者
Pawan Kumar Dubey,Junsung Hong,M.R. Anisur,Kevin Lee,Seraphim Belko,Prabhakar Singh
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (2): 657-666 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c02656
摘要

The electrocatalytic activity of Pr-substituted cerium gadolinium oxide (CGO) was examined to assess its suitability as a composite air electrode in solid oxide cells. The solid-state reaction of CGO and Pr6O11 yielded fluorite-type solid solution, (Ce0.9Gd0.1)1–xPrxO2−δ (x = 0, 0.17 and 0.33), with an increased lattice parameter. Electrochemical tests of electrolyte-supported cells with CGO-PrOx and LSCF-CGO-PrOx electrodes exhibited that the PrOx addition significantly improves the electrical conductivity and electrocatalytic activity for oxygen reduction reaction (ORR). In-depth characterization showed that the improved ionic and electrical conductivities of CGO-PrOx are associated with high concentration of oxygen vacancies created by replacement of Ce4+ ions with Pr3+ ions. TEM analysis revealed that annealing of CGO-PrOx results in the exsolution of PrOx nanoparticles, indicating local lattice strain around Pr3+ and eventually their outward migration. TPD, TPR, and TPO measurements further demonstrated that CGO-PrOx has greater oxygen reduction reaction (ORR) activity at low temperatures (400–600 °C) when compared to CGO. These findings suggest the high potential of Pr-substituted CGO for low-temperature solid oxide cell applications.

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