Ny strategi opnår effektiv og stabil kuldioxidelektrolyse i fastoxidelektrolysecelle

Fig. 1:Morfologisk undersøgelse af SFRuM-katalysatorerne. In situ sekundære elektron (SE)-STEM billeder af SFRuM efter reduktion ved 800 °C i ~15 min (a), efter reduktion ved 800 °C i ~30 min (b), efter reoxidation ved 800 °C i ~30 min (c), og efter reoxidation ved 800 °C i ~40 min (d). In situ SE-STEM billeder af SFRuM O1 efter reduktion ved 600 °C i ~10 min (e), efter reduktion ved 800 °C i ~10 min (f), og efter reduktion ved 800 °C i ~60 min (g). h Forstørret billede af (g). Ex situ SE-STEM billeder af SFRuM R1 (i), SFRuM R2 (j), og SFRuM R4 (k). l Population og størrelsesfordeling af metal-NP'er udløst efter forskellige redox-manipulationer. Kredit:DOI:10.1038/s41467-021-26001-8

Solid oxide electrolysis cell (SOEC) er lovende i CO ₂ konvertering og vedvarende energilagring af ren el. Det kan omdanne CO ₂ og H ₂ O samtidigt til syngas eller kulbrintebrændstof ved katoden, og producere høj renhed O ₂ ved anoden.

Oxider af perovskit-typen har fordelene ved fremragende dopingevne, kulstofaflejringsmodstand og redoxstabilitet. Imidlertid, anvendelsen af perovskitelektroder er begrænset på grund af utilstrækkelig elektrokatalytisk aktivitet.

For nylig, forskere ledet af prof. WANG Guoxiong og prof. BAO Xinhe fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere opnåede effektiv og stabil CO2 ₂ elektrolyse i SOEC. De fandt ud af, at redoxcyklusmanipulationer fremmede udløsningen af metal/perovskit-grænseflader med høj densitet, hvilket forbedrede CO ₂ elektrolyse ydeevne og stabilitet.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Naturkommunikation den 27. sept.

Forskerne forberedte Ru-dopet Sr ₂ Fe _1.4 Ru _0,1 Mo _0,5 O _6-5 (SFRuM) dobbelt perovskit. De fandt ud af, at de gentagne redox-manipulationer fremmede udløsningen af RuFe-legeringsnanopartikler fra 5900 μm ^-2 til 22680 μm ^-2 , hvor den gennemsnitlige partikelstørrelse var mellem 2,2 og 2,9 nm, regulerer således tætheden af RuFe@SFRuM-grænsefladerne.

Kombineret med in situ atmosfære elektronmikroskopi, elementærkort og elektronenergitabsspektroskopi, de afslørede dannelses- og regenereringsmekanismen for RuFe@SFRuM-grænsefladen under reducerende og oxiderende atmosfære. "Berigelsen af Ru-arter på overfladen kan fremme udløsningen af RuFe@SFruM-grænseflader med høj tæthed, " sagde prof. WANG.

Hvad mere er, in situ atmosfære elektronmikroskopi, elektrokemisk impedansspektroskopi kombineret med tæthedsfunktionelle teoriberegninger bekræftede, at RuFe@SFRuM-grænsefladen fremmede CO ₂ adsorption og aktivering. Sammenlignet med SFruM katoden, RuFe@SFruM katoden havde en stigning på 74,6 procent i strømtæthed for CO ₂ elektrolyse ved 1,2 V og 800 °C, og udviste en høj stabilitet af CO ₂ elektrolyse i 1000 timer.

Sidste artikelEt nyt neuralt netværk til at forstå symmetri, fremskynde materialeforskning

Næste artikelEn elektrolytdesignstrategi til fremstilling af divalente metalbatterier