Ordered Lattice at Polycrystalline‐Single Crystal Island Interfaces for Efficient CO 2 /H 2 O Co‐Electrolysis in Solid Oxide Electrolysis Cells

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作者
R K Li,Shilin Wei,Z Y Zhang,Shaorong Wang,Lang Xu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71182
摘要

ABSTRACT Solid oxide electrolysis cells (SOECs) hold promise for large‐scale co‐electrolysis of CO 2 and H 2 O to produce syngas (CO/H 2 ), a key step toward sustainable fuel production. However, the efficiency of this process is often limited by sluggish electrode kinetics and inefficient interfacial charge transfer. Here, we construct a polycrystalline‐single crystal island homojunction via epitaxial growth to overcome these limitations. In this architecture, single‐crystal BaFeO 3 and BaCo x Fe 1‐x O 3 islands are grown on a polycrystalline Ba 0.7 Gd 0.3 FeO 3 (110) substrate. The resulting structure achieves two major functions: it spatially separates CO 2 and H 2 O adsorption sites, while the highly ordered polycrystalline‐single crystal interface, free from dangling bonds, significantly enhances charge transfer kinetics. The BaCo 0.1 Fe 0.9 O 3 /Ba 0.7 Gd 0.3 FeO 3 composite electrode delivers a faradaic efficiency of 95.9% for CO 2 reduction and shows no notable degradation over 300 h of continuous operation. Moreover, directional doping of Co into the BaFeO 3 single‐crystal islands precisely modulates the adsorption behavior toward CO 2 and H 2 O, allowing a broadly adjustable syngas ratio (CO:H 2 = 1:1.1 to 1:5.8). This ordered ‘polycrystalline‐single crystal’ structure establishes a materials design strategy in which ordered interfaces and spatially separated active sites converge to overcome the kinetic and transport limitations that have long hindered high‐efficiency co‐electrolysis in SOECs.
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