Perovskite Catalysts for Pure-Water-Fed Anion-Exchange-Membrane Electrolyzer Anodes: Co-design of Electrically Conductive Nanoparticle Cores and Active Surfaces

化学 电解 阳极 催化作用 导电体 纳米颗粒 钙钛矿(结构) 化学工程 离子 无机化学 离子交换 电解水 电极 有机化学 电解质 复合材料 物理化学 生物化学 材料科学 工程类
作者
Tingting Zhai,Hao Wang,Sarah R. Beaudoin,Ran Zhang,Minkyoung Kwak,Shujin Hou,Zhengxiao Guo,Shannon W. Boettcher
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (18): 15448-15458 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01621
摘要

Anion-exchange-membrane water electrolyzers (AEMWEs) are a possible low-capital-expense, efficient, and scalable hydrogen-production technology with inexpensive hardware, earth-abundant catalysts, and pure water. However, pure-water-fed AEMWEs remain at an early stage of development and suffer from inferior performance compared with proton-exchange-membrane water electrolyzers (PEMWEs). One challenge is to develop effective non-platinum-group-metal (non-PGM) anode catalysts and electrodes in pure-water-fed AEMWEs. We show how LaNiO3-based perovskite oxides can be tuned by cosubstitution on both A- and B-sites to simultaneously maintain high metallic electrical conductivity along with a degree of surface reconstruction to expose a stable Co-based active catalyst. The optimized perovskite, Sr0.1La0.9Co0.5Ni0.5O3, yielded pure-water AEMWEs operating at 1.97 V at 2.0 A cm-2 at 70 °C with a pure-water feed, thus illustrating the utility of the catalyst design principles.
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