A High‐Entropy Layered Perovskite Coated with In Situ Exsolved Core‐Shell CuFe@FeOx Nanoparticles for Efficient CO2 Electrolysis

材料科学 X射线光电子能谱 阴极 纳米颗粒 化学工程 电解 氧化物 分析化学(期刊) 纳米技术 电极 电解质 物理化学 冶金 色谱法 工程类 化学
作者
Ziming Wang,Ting Tan,Ke Du,Qimeng Zhang,Meilin Liu,Chenghao Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (11) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adma.202312119
摘要

Abstract Solid oxide electrolysis cells (SOECs) are promising energy conversion devices capable of efficiently transforming CO 2 into CO, reducing CO 2 emissions, and alleviating the greenhouse effect. However, the development of a suitable cathode material remains a critical challenge. Here a new SOEC cathode is reported for CO 2 electrolysis consisting of high‐entropy Pr 0.8 Sr 1.2 (CuFe) 0.4 Mo 0.2 Mn 0.2 Nb 0.2 O 4‐δ (HE‐PSCFMMN) layered perovskite uniformly coated with in situ exsolved core‐shell structured CuFe alloy@FeO x (CFA@FeO) nanoparticles. Single cells with the HE‐PSCFMMN‐CFA@FeO cathode exhibit a consistently high current density of 1.95 A cm −2 for CO 2 reduction at 1.5 V while maintaining excellent stability for up to 200 h under 0.75 A cm −2 at 800 °C in pure CO 2 . In situ X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) and density functional theory (DFT) calculations confirm that the exsolution of CFA@FeO nanoparticles introduces additional oxygen vacancies within HE‐PSCFMMN substrate, acting as active reaction sites. More importantly, the abundant oxygen vacancies in FeO x shell, in contrast to conventional in situ exsolved nanoparticles, enable the extension of the triple‐phase boundary (TPB), thereby enhancing the kinetics of CO 2 adsorption, dissociation, and reduction.
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