Anion Fluorine-Doped La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3−δ Perovskite Cathodes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Solid Oxide Electrolysis Cell Direct CO2 Electrolysis

电解 钙钛矿(结构) 无机化学 阴极 氧化物 化学 兴奋剂 催化作用 材料科学 电解槽 电解质 电极 物理化学 结晶学 冶金 生物化学 光电子学
作者
Caichen Yang,Yunfeng Tian,Jian Pu,Bo Chi
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (2): 1047-1058 被引量:77
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c07576
摘要

As a promising and profound device for energy conversion, a solid oxide electrolysis cell (SOEC) can efficiently convert CO2 to CO, realizing chemical storage of renewable energy. However, developing active and stable cathode catalysts for the CO2 reduction reaction (CO2-RR) is critical for SOECs. Herein, to enhance the electrocatalytic performance of a La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3−δ (LSFN) cathode catalyst for CO2-RR, fluorine doping is investigated as anion doping for O-site in the LSFN perovskite lattice. The results confirm that F-doped La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3−δ (LSFNF0.1) has more oxygen vacancies and better CO2 adsorption ability (approaching 4 times than LSFN). The cell with LSFNF0.1 can achieve a maximum electrolysis current density of 1.93 A·cm–2 at 1.8 V at 850 °C, with a Rp of 0.275 Ω·cm2 at OCV. Meanwhile, the cell possesses good durability for more than 60 h at an electrolysis current density of 0.6 A·cm–2 without apparent degradation. Mechanistic analysis indicates that F-doping can accelerate the formation of intermediates during electrolysis, indirectly promoting the reaction of the bidentate carbonate (rate-determining step). This work shows that anion-doped LSFNF0.1 is a promising cathode for SOEC direct CO2 electrolysis and provides a potential route for the cathode catalyst development of SOECs.
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