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Ajuste del estado de espín en la perovskita de PrFeO para la reacción de evolución de oxígeno a alta temperatura

Jingcheng Yu ^1,2, Qingxue Liu ^1,2, Shuo Wang ¹

¹State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China.
²University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China.
³Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, Key Laboratory of Strongly-Coupled Quantum Matter Physics of Chinese Academy of Sciences, National Synchrotron Radiation Laboratory, Key Laboratory of Surface and Interface Chemistry and Energy Catalysis of Anhui Higher Education Institutes, Department of Chemical Physics, University of Science and Technology of China, Anhui 230026, China.
⁴Mössbauer Effect Data Center, CAS Key Laboratory of Science and Technology on Applied Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China.
⁵National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230029, China.
⁶Department of Chemistry, Advanced Institute for Future Energy, Shanghai Key Laboratory of Electrochemical and Thermochemical Conversion for Resources Recycling, iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), State Key Laboratory of Porous Materials for Separation and Conversion, Fudan University, Shanghai 200438, China.

⁰State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China.

Journal of the American Chemical Society +

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27 de agosto de 2025

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Resumen

El dopaje de metales de tierra alcalina en óxidos de perovskita mejora el rendimiento de la reacción de evolución del oxígeno a alta temperatura (OER) en células de electrólisis de óxido sólido (SOEC). La reducción de la ocupación de electrones en el sitio B Fe acelera la transferencia de carga y el transporte de oxígeno para materiales de ánodo mejorados.

Área De La Ciencia

Ciencias de los materiales
La electroquímica
Catálisis

Sus Antecedentes

Los óxidos de perovskita son cruciales para las aplicaciones electrocatalíticas.
La comprensión del vínculo entre la estructura electrónica y la reacción de evolución del oxígeno (OER) en las células de electrólisis de óxido sólido (SOEC) es vital pero poco explorada.
El papel de la ocupación de electrones e<sub>g</sub> en el rendimiento OER a alta temperatura necesita más investigación.

Objetivo Del Estudio

Investigar el efecto del dopaje en el sitio A sobre el rendimiento de los óxidos de perovskita.
Explorar la relación entre la estructura electrónica de Fe en el sitio B y el REA a alta temperatura en los PECO.
Orientar el diseño racional de perovskitas basadas en Fe para aplicaciones de ánodo SOEC.

Principales Métodos

Síntesis de óxidos de perovskita dopados en el sitio A con Pr<sub>0.5</sub> Ae<sub>0.5</sub> FeO<sub>3-δ</sub> (Ae = Ca, Sr, Ba).
Pruebas electrocatalíticas para la reacción de evolución del oxígeno a alta temperatura (OER) en las SOEC.
Caracterización mediante espectroscopia de absorción de rayos X, espectroscopia de Fe Mössbauer y mediciones de susceptibilidad magnética.

Principales Resultados

Las perovskitas Pr<sub>0.5</sub> Ae<sub>0.5</sub> FeO<sub>3-δ</sub> exhiben un rendimiento excepcional en las altas temperaturas.
Pr<sub>0.5</sub>Ba<sub>0.5</sub>FeO<sub>3-δ</sub> logró una densidad de corriente de 3.33 A cm<sup>-2</sup> a 2.0 V y 800 °C.
El dopaje indujo una transición del estado de espín de Fe de alta espina Fe3+ a baja espina Fe4+, reduciendo la ocupación de eG.

Conclusiones

La reducción de la ocupación de electrones e<sub>g</sub> en el sitio B Fe es crítica para el rendimiento OER a alta temperatura en SOEC.
La transición del estado de espín del Fe acelera la transferencia de carga y el transporte de oxígeno.
Las perovskitas basadas en Fe con estructuras electrónicas a medida son materiales de ánodo SOEC prometedores.