【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組(523組)與中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所合作，在固體氧化物電解池(SOEC)陰極高溫CO2電解反應(yīng)活性調(diào)控方面取得新進(jìn)展，通過(guò)精準(zhǔn)構(gòu)筑高溫穩(wěn)定的單原子催化劑，實(shí)現(xiàn)高溫CO2電解性能明顯提升。
SOEC因其高電流密度、高法拉第效率、低過(guò)電勢(shì)等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種具有廣泛應(yīng)用前景的CO2電催化轉(zhuǎn)化器件。其中，陰極CO2吸附和活化對(duì)于高溫CO2電解至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有陰極材料中的氧離子導(dǎo)體電催化活性較低，制約了SOEC性能的進(jìn)一步提升。
本研究利用高溫有氧焙燒法將單原子Ru錨定在SOEC陰極中氧離子導(dǎo)體(Ce0.8Sm0.2O2-δ，SDC)表面，二者間存在的強(qiáng)共價(jià)金屬-載體相互作用，可有效提升單原子的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)，能夠調(diào)控SDC表面電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)氧空位形成，增強(qiáng)CO2吸附和活化，最終顯著降低SOEC歐姆電阻和極化電阻，實(shí)現(xiàn)高溫CO2電解活性大幅度提升，在1.6V和800°C條件下，Ru1/SDC-La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ陰極的電流密度可高達(dá)2.39A/cm2。該工作擴(kuò)展了單原子催化劑在SOEC高溫電催化領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)展了一種可在原子尺度上優(yōu)化SOEC陰極電子結(jié)構(gòu)和電催化活性的研究策略，為高效SOEC陰極材料的設(shè)計(jì)提供了參考。
相關(guān)研究成果以“Surface Activation by Single Ruthenium Atoms for Enhanced High-Temperature CO2 Electrolysis”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是502組宋月鋒副研究員。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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