Perovskitele: Inovația în evoluția oxigenului la temperaturi ridicate
Într-o lume în care nevoia de soluții energetice sustenabile devine din ce în ce mai urgentă, cercetătorii de la Academia Chineză de Științe se concentrează pe optimizarea reactoarelor de electroliză cu oxizi solizi (SOEC). Aceasta tehnologie promite convertirea energiei electrice regenerabile în combustibili chimici stocabili. Totuși, reacția de evoluție a oxigenului (OER) la anod rămâne o provocare majoră, datorită procesului complex de transfer a celor patru electroni.
Progresul prin doparea oxizilor perovskiti
Oxizii perovskiti sunt considerați candidați promitători pentru anodurile SOEC datorită conductivității lor mixte ionice-electronice ridicate și a structurilor electronice reglabile. Cercetările anterioare sugerează o corelație în formă de vulcan între ocuparea electronilor 3D cu simetrie eg în oxizii perovskiti și activitatea OER intrinsecă în soluții alcaline, dar legătura dintre ocuparea eg și activitatea OER la temperaturi ridicate rămâne neclară.
Studii cu metal alcalin dopat
Într-un studiu recent publicat, un grup de cercetători, condus de profesorii Song Yuefeng și Wang Guoxiong, a dezvoltat perovskite dopate cu metale alcaline, Pr0.5Ae0.5FeO3−δ (Ae = Ca, Sr, Ba), pentru a investiga impactul reglării structurii electronice asupra performanței OER la temperaturi ridicate. Rezultatele au arătat că activitatea OER a crescut semnificativ pe măsură ce raza ionic dopant a crescut, iar perovskitele dopate cu barium (PBF) au atins o densitate de curent de 3,33 A cm−2 la 2,0 V și 800°C.
Analiza proceselor de migrare a ionilor
Analizele detaliate au scos în evidență faptul că doparea cu metale alcaline a îmbunătățit hibridizarea Fe 3d-O 2p, a redus energia de transfer de sarcină și a facilitat migrarea ionilor de oxigen. Aceste procese au accelerat semnificativ reacția OER, iar măsurătorile magnetice au dezvăluit că doparea cu barium a indus o tranziție a stării spinului de la Fe3+ (t2g3eg2) la Fe4+ (t2g4eg0), reducând ocuparea eg și accelerând cineticile de oxigen.
Strategii pentru generarea de materiale anod
Cercetătorii concluzionează că reglarea stării spinului este o strategie esențială pentru a crește activitatea OER la temperaturi ridicate. Aceasta nu doar că oferă noi perspective pentru ingineria structurii electronice, dar și pentru proiectarea de materiale anod avansate în SOEC. Această descoperire oferă o oportunitate unică de a îmbunătăți sistemele de stocare a energiei și de a contribui la o tranziție energetică mai sustenabilă.
Sursa: Phys.org
