【摘 要】
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固体氧化物电解池（SOEC）是一种具有广阔应用前景的能量转换装置,可以利用可再生能源将CO2高效地转化为CO,实现CO2资源化利用和可再生能源的化学存储。目前SOEC研究的关键之一是开发高效CO2还原反应阴极催化剂。本研究选用La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3-δ（LSFN）钙钛矿氧化物,采用溶胶凝胶自燃烧法对其进行F、Cl阴离子掺杂修饰,旨在利用F、Cl阴离子在电负性、自身价态、路易斯
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固体氧化物电解池（SOEC）是一种具有广阔应用前景的能量转换装置,可以利用可再生能源将CO2高效地转化为CO,实现CO2资源化利用和可再生能源的化学存储。目前SOEC研究的关键之一是开发高效CO2还原反应阴极催化剂。本研究选用La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3-δ（LSFN）钙钛矿氧化物,采用溶胶凝胶自燃烧法对其进行F、Cl阴离子掺杂修饰,旨在利用F、Cl阴离子在电负性、自身价态、路易斯酸碱性方面的本征特性,调控钙钛矿氧化物的氧空位浓度、电导率和长期化学稳定性,从而提升SOEC阴极电解CO2的催化性能和长期稳定性。主要研究内容和结论如下:（1）F离子掺杂La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O2.9-δF0.1(LSFNF0.1)的理化性质及其作为SOEC阴极电解CO2性能的研究。800℃时LSFNF0.1的δ值比LSFN高0.274。最大总电导率提高了36%。基于LSFNF0.1阴极的SOEC电解CO2时,850℃开路电压下极化阻抗仅为0.275Ω·cm~2,而在1.8 V电解时的最大电流密度为1.93 A·cm-2。同时,800℃,1.3 V下电解池能维持0.6 A·cm-2在60 h左右没有明显衰减,具有良好的长期稳定性。（2）LSFNF0.1电解CO2初始临界电压和电解机理研究。低外加电压（＜1.0 V）主要使电极极化并促进电荷转移和氧气泵送过程。高外加电压（≥1.0 V）加速了CO2电催化还原反应的动力学并降低了解离吸附和扩散的阻力。F掺杂有助于CO2电解过程中的极化子和活性中间体双齿碳酸盐形成,促进反应决速步骤进行。（3）Cl离子掺杂La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O2.95-δCl0.05(LSFNCl0.05)电化学性能研究。LSFNCl0.05半电池在800℃时CO2气氛下的极化阻抗为0.365Ω·cm~2,低于LSFN的0.408Ω·cm~2。基于LSFNCl0.05阴极的全电池在800℃、1.4 V工作电压下的极化阻抗与LSFNF0.1相当,仅为0.306Ω·cm~2,小于LSFN的0.478Ω·cm~2;电池在850℃1.8 V下电解CO2的最大电流密度为1.85 A·cm-2。
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