Unraveling the Enhanced Kinetics of Sr2Fe1+xMo1‐xO6‐δ Electrocatalysts for High‐Performance Solid Oxide Cells

材料科学 电解 氧化物 动力学 催化作用 空位缺陷 分析化学(期刊) 活化能 电极 过渡金属 无机化学 物理化学 结晶学 冶金 化学 物理 电解质 量子力学 生物化学 色谱法
作者
Xiuan Xi,Jianwen Liu,Wenzhi Luo,Yun Fan,Jiujun Zhang,Jing‐Li Luo,Xian‐Zhu Fu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (48) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/aenm.202102845
摘要

Abstract The performance of Sr 2 FeMoO 6–σ double perovskites can be significantly enhanced by optimizing the ratio of Fe/Mo as a promising electrode material for solid oxide fuel/electrolysis cells. However, the intrinsic origin is still doubt for the improvement of Sr 2 FeMoO 6–σ sluggish electrocatalytic reaction kinetics. Herein, their electronic structures are investigated by partial replacement of Mo with Fe ions. As the Fe content in Sr 2 Fe 1+ x Mo 1– x O 6–δ is increased, its oxidation state increases, which enhances the metal–oxygen hybridization and shifts its bulk O p band energy toward the Fermi level. These electronic and structural variations decrease the O‐vacancy formation and migration energy, which, in turn, facilitates the formation of more oxygen vacancy defects and O ion transport, promoting the full contact between analytes and active B‐site transition metals and also the catalytic reaction kinetics. Consequently, the solid oxide cells with optimized Sr 2 Fe 1.5 Mo 0.5 O 6–σ electrodes operating at 800 °C demonstrate high power density of 1.24 W cm −2 using H 2 as fuel, and large CO 2 electrolysis current density of 1.5 A cm −2 at 1.5 V, which are comparable with those of current state‐of‐the‐art Ni‐based catalysts. The findings provide a new understanding for the origin of the enhanced reaction kinetics of Sr 2 Fe 1+ x Mo 1– x O 6–δ serial materials by increasing Fe doping.
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