Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

《Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究》是一篇聚焦于新型钙钛矿材料在固体氧化物电解池（SOEC）中应用的学术论文。该研究旨在探索通过Mn离子掺杂对Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ材料进行改性，以提升其作为SOEC阴极材料在电解CO2过程中的性能表现。

钙钛矿结构的氧化物因其优异的电化学性能和良好的热稳定性，被广泛应用于能源转换和存储领域。其中，Pr0.5Ba0.5FeO3-δ是一种具有潜在应用价值的钙钛矿材料，但其在高温下的导电性和催化活性仍有待提高。为了改善这一问题，研究人员尝试引入Mn离子进行掺杂，从而优化材料的晶体结构、电子结构以及表面性质。

在本研究中，通过固相反应法合成了Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ样品，并对其进行了X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段分析。结果表明，Mn离子成功地掺入了钙钛矿晶格中，未改变原有的晶体结构，且形成了均匀的微观形貌。此外，通过XPS测试进一步确认了Mn离子的价态变化，证实了其在材料中的稳定存在。

为了评估该材料在SOEC中的性能，研究团队设计并测试了其在电解CO2过程中的电化学行为。实验采用恒电流法和交流阻抗谱（EIS）对材料的极化行为进行了详细分析。结果显示，Mn掺杂后的Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ表现出更低的极化电阻和更高的电流密度，说明其具有更优的电荷传输能力和催化活性。

此外，研究还探讨了Mn掺杂对材料氧空位浓度的影响。通过原位XRD和热重分析（TGA），发现Mn掺杂能够有效增加材料中的氧空位含量，从而增强其与CO2分子之间的相互作用，提高CO2的吸附和活化效率。这为理解材料在SOEC中的反应机制提供了重要依据。

在长期稳定性测试中，Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ材料表现出良好的结构稳定性和电化学稳定性。即使在高温（如800℃）条件下，其性能也没有明显衰减，显示出在实际应用中的潜力。

综上所述，《Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究》不仅揭示了Mn掺杂对钙钛矿材料性能的积极影响，也为开发高效、稳定的SOEC阴极材料提供了理论支持和技术参考。该研究成果对于推动CO2电解技术的发展，实现碳中和目标具有重要意义。