Exploring novel synthesis routes for Y2Ru2O7

Abstract

Yttrium rutenium pyroklor har blitt foreslått som en erstatning for den skjeldne og dyre elektrokatalysatoren iridiumoksid i PEM vannelektrolysatorer. På grunn av den høye syntesetemperaturen og tiden, dannes det imidlertid store partikler. For å redusere partikkelstørrelsen er det nødvendig med etterbehandling eller en alternativ syntesemetode. Denne studien undersøkte effekten av forbrennings syntese og saltsmelte syntese på partikkelstørrelse og struktur til yttrium rutenium pyroklor. Forbrennings syntese med et etterkalsineringstrinn ga et mikroporøst nettverk med et spesifikt overflateareal på 18 m2/g og masseaktivitet ved 1.5V på mer enn 1000 A/g(Ru) for Y2Ru2O7. Tilstedeværelsen av ZnO hemmet OER i en Zn-dopet pyroklor syntetisert med samme metode, noe som resulterte i en masseaktivitet ved 1.5V på 330 A/g( Ru). Forbrenning etterfulgt av saltsmelte syntese med NaCl og KCl senket syntesetiden for første gang til 2h, og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 480nm be oppnådd. På grunn av urenheter av Na og Cl funnet fra EDS-måling, var den målte masseaktiviteten 250A/g(Ru) ved 1.5V. Ved å øke holdetiden under saltsmelte syntese til 4h øker gjennomsnittlig partikkelstørrelse til 1.05μm, og masseaktiviteten reduseres til 86A/g(Ru) ved 1.5V. Mye på grunn av den økte mengden \ce{NaCl} og partikkelstørrelsen.

Yttrium ruthenate pyrochlore has been suggested as a possible substitution for the scarce and expensive iridium oxide electrocatalyst in PEM water electrolyzers. However, large particles are formed due to the high synthesis temperature and time. To get smaller particles, post-processing is needed, or an alternative synthesis method. This study investigated the effect of combustion and molten salt synthesis on particle size and structure of yttrium ruthenate pyrochlore. Combustion with a post calcination step yielded a micro-porous network with a specific surface area of 18 m2/g and mass activity at 1.5V of more than 1000 A/g(Ru) for Y2Ru2O7. The presence of ZnO inhibited OER in a Zn-doped pyrochlore synthesized with the same method, resulting in a mass activity at 1.5V of 330 A/g(Ru). Combustion followed by molten salt synthesis with NaCl and KCl lowered the synthesis time for the first time to 2h, and an average particle size of 480 nm was achieved. Due to impurities of Na and Cl found from EDS measurement, the measured mass activity was 250 A/g(Ru) at 1.5V. Increasing the hold time during molten salt to 4h increases the mean particle size to 1.05 μm, and the mass activity decreases to 86.42 A/g(Ru) at 1.5V. Largely due to an increased amount of NaCl and the larger particle size.