Les cellules d’électrolyse à oxyde solide (SOEC) offrent une solution pratique pour la conversion directe du CO2 en produits chimiques ; Cependant, une compréhension mécaniste approfondie de la reconstruction dynamique des sites actifs pour les cathodes de pérovskite lors de l’électrolyse au CO2 reste un grand défi.
Dans une étude dirigée par le Dr Houfu Lv, le professeur Guoxiong Wang et le professeur Xinhe Bao (Institut de physique chimique de Dalian, Académie chinoise des sciences), l’équipe a identifié que le Sr2Fe1.45Ir0.05Mo0.5O6-δ dopé à l’iridium (SFIrM ) la pérovskite présente une fonction de reconstruction électrochimique dynamique pendant l’électrolyse du CO2 avec une exsolution abondante de nanoparticules (NP) d’alliage IrFe hautement dispersées sur la surface SFIrM, qui est bien étudiée à l’aide de la diffraction électrochimique des rayons X (DRX) in situ, à pression proche de l’ambiante X- la spectroscopie photoélectronique des rayons (NAP-XPS) et la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS).
Au cours du processus de reconstruction et d’activation électrochimique sous un mode de tension constante à 1,0 V pendant ~ 4 000 s, la densité de courant a progressivement augmenté et s’est finalement approchée d’un état stable.
Les NP de l’alliage IrFe exsolved présentent une dispersion élevée avec un diamètre moyen d’environ 1,0 nm et une densité supérieure à 80 000 μm-2 sur la surface SFIRM. De plus, le temps d’activation a été réduit rapidement avec l’augmentation de la tension appliquée (tension constante : 1,2 V, temps d’activation : dans les 250 s), avec une taille de particule et une densité similaires des NP métalliques exsolues pendant l’électrolyse au CO2.
De plus, des mesures NAP-XPS in situ ont été utilisées pour surveiller leur processus catalytique pendant l’électrolyse du CO2 afin de révéler le mécanisme de réaction intrinsèque. Lors de l’application de la polarisation électrochimique, un pic plus large est apparu à ca. 290 eV dans les spectres C 1s, ce qui pourrait être attribué aux espèces carbonatées et a très probablement été décisif pour l’électrolyse du CO2.
La zone de pic des espèces de carbonate sur la cathode Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ (SFM) était plus faible que celle sur la cathode SFIrM. Le signal amélioré de l’espèce intermédiaire carbonate a confirmé que les interfaces IrFe@SFIrM reconstruites in situ facilitaient l’adsorption et l’activation du CO2. Les interfaces IrFe@SFIrM ont donc été proposées comme les sites catalytiquement actifs consacrés à une performance d’électrolyse du CO2 supérieure à celle de SFM.
Les NP d’alliage IrFe initiales exsolved pourraient être suffisamment redispersées dans des nanoclusters plus petits via un bref traitement d’oxydation dans l’air. Les NP d’alliage IrFe ont été régénérées lorsque la tension appliquée a été rétablie, et l’apparition du pic de carbonate intermédiaire a pu être obtenue davantage. La stratégie de re-dispersion oxydative pourrait améliorer efficacement la stabilité en retardant l’agrégation des particules.
La recherche est publiée dans la revue Examen scientifique national.
Plus d’information:
Yuxiang Shen et al, Reconstruction électrochimique in situ de la cathode pérovskite Sr2Fe1.45Ir0.05Mo0.5O6-δ pour l’électrolyse du CO2 dans les cellules d’électrolyse à oxyde solide, Examen scientifique national (2023). DOI : 10.1093/nsr/nwad078