Elucidating the Role of B-Site Cations toward CO 2 Reduction in Perovskite-Based Solid Oxide Electrolysis Cells

电化学 电解 氧化还原 氧化物 钙钛矿(结构) 拉尼奥 无机化学 材料科学 离子键合 阴极 化学 电极 物理化学 离子 结晶学 有机化学 电解质 光电子学 冶金 电介质 铁电性
作者
Elif Tezel,Dezhou Guo,Ariel Whitten,Genevieve Yarema,Maikon Freire,R. Denecke,Jean‐Sabin McEwen,Eranda Nikolla
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:169 (3): 034532-034532 被引量:19
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac5e9b
摘要

Solid oxide electrolysis cells (SOECs) are promising for the selective electrochemical conversion of CO 2 , or mixed streams of CO 2 and H 2 O, into high energy products such as CO and H 2 . However, these systems are limited by the poor redox stability of the state-of-the-art Ni-based cathode electrocatalysts. Due to their favorable redox properties, mixed ionic-electronic conducting (MIEC) oxides have been considered as promising alternatives. However, improvement of the electrochemical performance of MIEC-based SOEC electrocatalysts is needed and requires an understanding of the factors that govern their activity. Herein, we investigate the effect of B-site 3 d metal cations (Cr, Fe, Co, Ni) of LaBO 3 perovskites on their CO 2 electrochemical reduction activity in SOECs. We find that their electrochemical performance is highly dependent on the nature of the B-site cation and trends as LaFeO 3 > LaCoO 3 > LaNiO 3 > LaCrO 3 . Among these perovskites, LaNiO 3 is the least stable and decomposes under electrochemical conditions. In situ characterization and ab initio theoretical calculations suggest that both the nature of the B-site cation and the presence of oxygen surface vacancies impact the energetics of CO 2 adsorption and reduction. These studies provide fundamental insights critical toward devising ways to improve the performance of MIEC-based SOEC cathodes for CO 2 electroreduction.
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