Developing low-cost, high-durability and high-performance electrocatalytic materials are needed for hydrogen/oxygen evolution (HER/OER) and oxygen reduction reactions (ORR) which are crucial steps for regenerative fuel cells. Although Pt-based, RuO2 and IrO2 materials are widely used for these purposes, other alternative materials are required with desired properties. In this regard, we studied the electrochemical properties of lanthanum-based perovskites which were synthesized by sol-gel method. We investigated the substitution of 10% Dy and 30% Sr into the A site and a small amount of Bi (x: 0, 0.03 and 0.1) added into the B site of La0.60Dy0.10Sr0.30Mn(1-x)BixO3 perovskites on HER, OER and ORR in 1 M KOH alkaline media at room temperature. While undoped and 3% Bi doped samples exhibited poor HER activities, the effect of 10% Bi in the structure enhanced HER activities by lowering onset potential from -1.389 V to -1.036 V (vs. Ag/AgCl) and increasing specific current density from -13.3 mA cm-2 to -121.8 mA cm-2 at -1.4 V. Similarly, OER activity was also improved due to 10% Bi and onset potential and specific current density was found to be 0.758 V and 88.3 mA cm-2, respectively. The large Tafel slopes indicate that the ORR mechanism is possible in the structure but at a slow rate. The addition of 10% Bi in the structure resulted in a very high resistance of 19.3 kΩ and it reduced to a desired value of 3.5 kΩ due to ion conducting paths developed in the catalysts.
La-based perovskite Low Bi-doping Electrochemistry HER; OER; ORR
Çukurova Üniversitesi
FBA-2021-14197
This work was supported by Cukurova University, Adana, Turkey, under Scientific Research Funding Grand No: FBA-2021-14197.
Rejeneratif yakıt hücreleri için çok önemli adımları olan hidrojen/oksijen evrimi (HER/OER) ve oksijen indirgeme reaksiyonlarının (ORR) düşük maliyetli, yüksek dayanıklılığa sahip ve yüksek performanslı elektrokatalitik malzemelerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Pt esaslı, RuO2 ve IrO2 malzemeler bu amaç için yaygın olarak kullanılsa da, istenilen özelliklerde alternatif malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda sol-jel yöntemi ile sentezlenen lantan bazlı perovskitlerin elektrokimyasal özelliklerini çalıştık. La0.60Dy0.10Sr0.30Mn(1-x)BixO3 perovskit yapısında, A bölgesine %10 Dy ve %30 Sr ve B bölgesine az miktarda Bi (x: 0, 0.03 ve 0.1) katkılanmasını oda sıcaklığında 1 M KOH alkali ortamda HER, OER ve ORR araştırdık. Katkılanmamış ve %3 Bi katkılanmış örnekler zayıf HER aktiviteleri sergilerken, yapıdaki %10 Bi'nin etkisi başlangıç potansiyelini -1,389 V'tan -1,036 V'a düşürerek (Ag/AgCl'ye karşı) ve spesifik akımı yoğunluğunu -13,3 mA cm-2'den -121,8 mA cm-2'ye -1,4 V'ta arttışını sağladı. Benzer şekilde OER aktivitesi de %10 Bi sayesinde iyileşmiş ve başlangıç potansiyeli ve özgül akım yoğunluğu sırasıyla 0,758 V ve 88,3 mA cm-2 olarak bulunmuştur. Büyük Tafel eğimleri, ORR mekanizmasının yapıda gerçekleşebildiğini ancak yavaş bir hızda olduğunu göstermektedir. Yapıya %10 Bi ilavesi 19,3 kΩ gibi çok yüksek bir direnç ile sonuçlanmış ve katalizörlerde oluşan iyon iletim yollarından dolayı 3,5 kΩ gibi istenen bir değere düşmüştür.
La-based perovskite Low Bi-doping Electrochemistry HER; OER; ORR
FBA-2021-14197
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | Yoğun Madde Fiziği, Fiziksel Kimya |
Bölüm | Fizik |
Yazarlar | |
Proje Numarası | FBA-2021-14197 |
Yayımlanma Tarihi | 30 Aralık 2022 |
Gönderilme Tarihi | 28 Kasım 2022 |
Kabul Tarihi | 23 Aralık 2022 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2022 Cilt: 12 Sayı: 2 |
...