ペロブスカイトアノードにおけるAサイトカチオン配列の役割を解明(Researchers Uncover Role of A-site Cation Ordering in Perovskite Anodes for High-temperature Oxygen Evolution)

2025-07-28 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所の宋岳峰准教授らは、フロリダ工科大学や復旦大学との共同研究により、固体酸化物電解セル(SOEC)のペロブスカイト酸化物アノードにおけるAサイトカチオン配列の影響を解明した。Pr含有量の異なる2種のアノードを比較した結果、Prの増加により結晶構造が秩序化から無秩序化に移行し、Co-O配位の局所対称性が崩れ、電子軌道の混成や酸素イオンの移動性が向上。これにより高温酸素発生反応(OER)が促進された。800°Cで2.29 A/cm²の高電流密度を達成し、アノード性能の向上が確認された。この成果は高性能SOECアノードの設計指針となる。

<関連情報>

ペロブスカイト型負極のイオン秩序を破壊して高温酸素発生反応活性を向上させるBreaking the Ion Ordering in the Perovskite Anode for Enhanced High-Temperature Oxygen Evolution Reaction Activity

Lina Yu,Xueyu Hu,Yige Guo,Shaowei Zhang,Jingcheng Yu,Geng Zou,Xiaomin Zhang,Mingrun Li,Zhentao Ma,Xusheng Zheng,Yuefeng Song,Meilin Liu,Guoxiong Wang,and Xinhe Bao
Journal of the American Chemical Society  Published: July 21, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c09331

Abstract

ペロブスカイトアノードにおけるAサイトカチオン配列の役割を解明(Researchers Uncover Role of A-site Cation Ordering in Perovskite Anodes for High-temperature Oxygen Evolution)

Ion ordering in the perovskite oxide plays a crucial role in governing the properties, such as magnetic behavior, electronic and ionic conductivity, and dielectric or ferroelectric characteristics. As the common anodes in solid oxide electrolysis cells (SOECs), perovskites exhibit remarkable high-temperature oxygen evolution reaction (OER) activity. However, the influence of ion ordering in the perovskite anode on the OER activity remains poorly understood. In this study, we demonstrate that the A-site ion in PrxBa2–xCo2O5+δ perovskites transforms from ordered to disordered as the Pr content increases from 1.0 to 1.5. Comprehensive characterizations and density functional theory calculations reveal that this order–disorder transition significantly enhances dp orbital hybridization, thereby enhancing the rates of oxygen exchange and oxygen ion transport. Electrochemically, the disordered Pr1.5Ba0.5Co2O5+δ anode exhibits notably reduced ohmic and polarization resistances, achieving superior OER performance with a current density of 2.29 A cm–2 at 1.6 V and 800 °C. This work highlights the critical role of ion ordering in the OER performance and offers new insights into the design of efficient SOEC anode materials.

0402電気応用
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