Praveen B. Managutti, Simon Tymen, Xiu Liu, Olivier Hernandez, Carmelo Prestipino, Annie Le Gal La Salle, Sébastien Paul, Louise Jalowiecki-Duhamel, Vincent Dorcet, Alain Billard, Pascal Briois, Mona Bahout, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, Synthèse Caractérisation Analyse de la Matière (ScanMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) (FEMTO-ST), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work is supported by the Ph.D. grant provided by the French Ministry of Higher Education, Research and Innovation (MESRI) to P.B.M. X.L. gratefully acknowledges a grant from China Scholarship Council (CSC)., Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes (UR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
International audience; Exsolution is a promising technique to design metal nanoparticles for electrocatalysis and renewable energy. In this work, Ni-doped perovskites, (Pr(0.5)Ba(0.5))(1-x/2)Mn(1-x/2)Ni(x/2)O(3-δ) with x = 0, 0.05, 0.1, and 0.2 (S-PBMNx), were prepared to design exsolution systems as solid oxide fuel cell anodes and for catalysis applications. X-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) analyses demonstrated that correlating A-site deficiency with Ni content can effectively induce exsolution of all Ni under H(2) atmosphere at T ∼ 875 °C, yielding the reduced (exsolved) R-PBMNx materials. On heating the exsolution systems in air, metal incorporation in the oxide lattice did not occur; instead, the Ni nanoparticles oxidized to NiO on the layered perovskite surface. The lowest area-specific resistance (ASR) under wet 5% H(2)/N(2) in symmetrical cells was observed for R-PBMN0.2 anode (ASR ∼ 0.64 Ω cm(2) at 850 °C) due to the highest Ni particle density in the R-PBMNx series. The best performance for dry reforming of methane (DRM) was also obtained for R-PBMN0.2, with CH(4) and CO(2) conversion rates at 11 and 32%, respectively, and the highest production of H(2) (37%). The DRM activity of R-PBMN0.2 starts at 800 °C and is sustained for up to at least 5 h operation with little carbon deposition (0.017 g·gcat(-1)·h(-1)). These results clearly demonstrate that varying Ni-doping in layered double perovskite oxides is an effective strategy to manipulate the electrochemical performance and catalytic activity for energy conversion purposes.