Synergistic Effects of Strain and Oxygen Vacancies in Nanofiber Electrodes for Enhanced High-Temperature Electrochemical Ethane Dehydrogenation
Bezpośrednia dehydrogenacja etanu (EDH) prowadzona z wykorzystaniem protonowych ceramicznych ogniw elektrolitycznych (PCEC) stanowi obiecującą strategię produkcji etylenu. Praktyczne zastosowanie tej techniki jest jednak ograniczone przez niedobór wysokowydajnych materiałów anodowych. W niniejszej pracy nanowłókna PrBa₀,₅Sr₀,₅Co₁,₅Fe₀,₅O₅+δ (PBSCF) zostały zsyntezowane jako anody PCEC i wykazały wysoką aktywność w reakcji EDH, osiągając selektywność etylenu do 93,8% oraz konwersję etanu na poziomie 63,7% przy gęstości prądu 535 mA cm⁻² i temperaturze 700 °C. Połączenie zaawansowanych technik spektroskopowych z obliczeniami opartymi na teorii funkcjonału gęstości (DFT) ujawniło obecność ściskających naprężeń w nanowłóknach. Naprężenia te osłabiają wiązania metal–tlen oraz przesuwają centrum pasma O 2p bliżej poziomu Fermiego, co sprzyja tworzeniu wakansów tlenowych. Synergistyczne oddziaływanie ściskających naprężeń i wakansów tlenowych zwiększa adsorpcję C₂H₆ oraz ułatwia etapy dehydrogenacji prowadzące do powstawania C₂H₄. Uzyskane wyniki mogą znaleźć szerokie zastosowanie w projektowaniu nanostrukturalnych elektrokatalizatorów dla innych wysokotemperaturowych urządzeń elektrochemicznych.
Artykuł:
ACS Catalysis
Autorzy z PW:
Jarosław Milewski
Dyscyplina:
Rok wydania: