Infiltration of Ce0.8Gd0.2O1.9 nanoparticles on Sr2Fe1.5Mo0.5O6- cathode for CO2 electroreduction in solid oxide electrolysis cell

阴极 氧化物 电解 电化学 材料科学 化学工程 极化(电化学) 法拉第效率 纳米颗粒 渗透(HVAC) 纳米技术 电极 化学 复合材料 冶金 物理化学 工程类 电解质
作者
Houfu Lv,Yingjie Zhou,Xiaomin Zhang,Yuefeng Song,Qingxue Liu,Guoxiong Wang,Xinhe Bao
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:35: 71-78 被引量:103
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2018.11.002
摘要

Solid oxide electrolysis cell (SOEC) can electrochemically convert CO2 to CO at the gas-solid interface with a high current density and Faradaic efficiency, which has attracted increasing attentions in recent years. Exploring efficient catalyst for electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) at the cathode is a grand challenge for the research and development of SOEC. Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ (SFM) is one kind of promising cathode materials for SOEC, but suffers from insufficient activity for CO2RR. Herein, Gd0.2Ce0.8O1.9 (GDC) nanoparticles were infiltrated onto the SFM surface to construct a composite GDC-SFM cathode and improve the CO2RR performance in SOEC. The current density over the GDC infiltrated SFM cathode with a GDC loading of 12.8 wt% reaches 0.446 A cm−2 at 1.6 V and 800 °C, which is much higher than that over the SFM cathode (0.283 A cm−2). Temperature-programmed desorption of CO2 measurements suggest that the infiltration of GDC nanoparticles significantly increases the density of surface active sites and three phase boundaries (TPBs), which are beneficial for CO2 adsorption and subsequent conversion. Electrochemical impedance spectroscopy results indicate that the polarization resistance of 12.8 wt% GDC-SFM cathode was obviously decreased from 0.46 to 0.30 Ω cm2 after the infiltration of GDC nanoparticles.

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