Materials World Network: Tailoring Electrocatalytic Materials by Controlled Surface Exsolution

材料世界网络：通过控制表面溶出定制电催化材料

基本信息

批准号：
EP/J018414/1
负责人：
John Irvine
金额：
$ 38万
依托单位：
University of St Andrews
依托单位国家：
英国
项目类别：
Research Grant
财政年份：
2013
资助国家：
英国
起止时间：
2013 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://gtr.ukri.org/projects?ref=EP%2FJ018414%2F1
关键词：
Materials World Network Tailoring Electrocatalytic

项目摘要

This project will focus on both the development and characterization of highly electronically conducting doped titanates and vanadates which have the perovskite structure for use as the active electrochemical component in efficient, fuel flexible, and redox stable electrodes in solid oxide fuel cells (SOFC) and other high-temperature electrochemical devices. While our previous work and that of others has demonstrated the potential of the titanates and vanadates as the electronically conducting components in SOFC anodes, the performance of these electrodes is generally rather poor due to their low catalytic activity for oxidation reactions. In order to address this problem, we propose to use recently discovered exsolution/dissolution phenomena in which transition metals (e.g. Ni, Pt, Pd) move into and out of a perovskite lattice as the ambient conditions are changed from oxidizing to reducing. Exsolution of the metals from the host perovskite lattice under reducing conditions will be used to decorate the electrode surface with nanoparticles of highly catalytically active materials. Since the metals can be dissolved back into the oxide upon exposure to oxidizing conditions, dissolution/exsolution cycles can potentially be used to regenerate catalytic activity resulting in highly robust electrodes. We also propose that the exsolved metals will have a degree of anchorage to the host lattice and hence will be more stable than catalysts added by more conventional means. Developing a detailed understanding of the mechanism of the exsolution/dissolution process, its dependence on the oxide composition and defect chemistry, and the relationships between microstructure and electrochemical performance are therefore the primary goals of the proposed project. The research team will be composed of the Vohs/Gorte groups at the University of Pennsylvania and the Irvine group at the University of St. Andrews. These groups both have extensive expertise in solid-state electrochemical systems, are world leaders in fuel cell research, and bring unique experimental capabilities to the collaboration (e.g. in situ TEM at St. Andrews and coulometric titration at Penn) and also have a long track record of using collaborative approaches to achieve research goals

该项目将着重于高度电子导统的掺杂的滴虫和钒酸盐的开发和表征，这些滴虫和糊状物具有钙钛矿结构，可用作有效，燃料柔性和氧化固体氧化物燃料燃料电池（SOFC）（SOFC）和其他高电脑电化学设备的有效电化学成分。尽管我们以前的工作和其他工作已经证明了钛酸盐和糊状物作为SOFC阳极中的电子传导组件的潜力，但由于它们对氧化反应的催化活性低，因此这些电极的性能通常相当较差。为了解决这个问题，我们建议使用最近发现的溶解/溶解现象，其中过渡金属（例如Ni，pt，pd）随着环境条件从氧化变为还原而变化。在还原条件下，来自宿主钙钛矿晶格的金属将用于用高催化活性材料的纳米颗粒来装饰电极表面。由于可能在暴露于氧化条件的情况下将金属溶解回氧化物中，因此溶解/溶解周期可能可用于再生催化活性，从而导致高度强大的电极。我们还建议，溶解的金属将在宿主晶格上具有一定程度的锚固，因此比通过更常规的手段添加的催化剂更稳定。因此，对实体/溶解过程的机制，其对氧化物组成和缺陷化学的依赖以及微观结构和电化学性能之间的关系是详细的理解是拟议项目的主要目标。研究小组将由宾夕法尼亚大学的VOHS/Gorte小组和圣安德鲁斯大学的尔湾集团组成。这些小组在固态电化学系统方面都有广泛的专业知识，是燃料电池研究的世界领导者，并为合作带来了独特的实验能力（例如，在宾夕法尼亚州的圣安德鲁斯和库尔仪滴定的现场滴定），还具有长期的使用协作方法来实现研究目标的记录

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Demonstration of chemistry at a point through restructuring and catalytic activation at anchored nanoparticles.

DOI：
10.1038/s41467-017-01880-y
发表时间：
2017-11-30
期刊：
Nature communications
影响因子：
16.6
作者：
Neagu D;Papaioannou EI;Ramli WKW;Miller DN;Murdoch BJ;Ménard H;Umar A;Barlow AJ;Cumpson PJ;Irvine JTS;Metcalfe IS
通讯作者：
Metcalfe IS

Nano-socketed nickel particles with enhanced coking resistance grown in situ by redox exsolution.

DOI：
10.1038/ncomms9120
发表时间：
2015-09-11
期刊：
Nature communications
影响因子：
16.6
作者：
Neagu D;Oh TS;Miller DN;Ménard H;Bukhari SM;Gamble SR;Gorte RJ;Vohs JM;Irvine JTS
通讯作者：
Irvine JTS

Development of Tailored Porous Microstructures for Infiltrated Catalyst Electrodes by Aqueous Tape Casting Methods

通过水流带铸造方法开发用于渗透催化剂电极的定制多孔微结构

DOI：
10.1149/06801.2047ecst
发表时间：
2015
期刊：
ECS Transactions
影响因子：
0
作者：
Cassidy M
通讯作者：
Cassidy M

Evolution of the electrochemical interface in high-temperature fuel cells and electrolysers

DOI：
10.1038/nenergy.2015.14
发表时间：
2016-01-11
期刊：
NATURE ENERGY
影响因子：
56.7
作者：
Irvine, John T. S.;Neagu, Dragos;Mogensen, Mogens B.
通讯作者：
Mogensen, Mogens B.

DOI：
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作者：
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John Irvine其他文献

Enhanced CO2 electrolysis at redox manipulated interfaces

氧化还原操作界面处增强 CO2 电解

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
Nature Communications
影响因子：
16.6
作者：
Wenyuan Wang;Lizhen Gan;John Lemmon;Fanglin Chen;John Irvine;Kui Xie
通讯作者：
Kui Xie

University of Birmingham H2FC SUPERGEN

伯明翰大学 H2FC SUPERGEN

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nigel Brandon;John Irvine;I. Metcalfe;Vladimir Molkov;Nilay Shah;Paul Dodds;Sheila Samsatli;Claire Thompson
通讯作者：
Claire Thompson