SrCo0.8Fe0.2O3−δ (SCFO) and Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCFO) oxides were successfully prepared, using a combined citrate–EDTA complexing method. The results of O2-TPD and XRD showed that the introduction of barium into SCFO could effectively suppress the oxidation of Co3+and Fe3+ to higher valence states of Co4+ and Fe4+ in the lattice, and stabilize the perovskite structure under lower oxygen partial pressures. Oxygen permeation experiment showed that BSCFO membrane also had higher oxygen permeation flux than that of SCFO under air/He oxygen partial pressure gradient. At 950°C, the permeation flux through 1.80 mm BSCFO membrane exposed to flowing predried air (PO2′=0.21 atm) and helium (PO2″=0.037 atm) is ca. 1.4 ml/cm2 min and the activation energy for oxygen transportation is 40.9 kJ/mol within the temperature range of 775–950°C. The permeation flux of BSCFO was less sensitive to minor amounts of CO2 and water vapor presented in the air than that of SCFO. Long-term oxygen permeation study of more than 1000 h at 850°C indicated that the BSCFO membrane could operate stably as an oxygen generator at that temperature. A very slow exponential decay in the measured oxygen permeation flux occurred at temperatures lower than 825°C, which was caused by a phase transition. The phase transition was found to be reversible at higher temperatures, but a long time was needed for the equilibration.

Recent discoveries of nonradical oxidation in aqueous-phase advanced oxidation processes (AOPs) have induced tremendous interest in environmental remediation of wastewater, whereas different findings from a variety of investigations have also raised severe controversies in the occurrence and mechanism of the nonradical reaction. Hence, critical understandings of the nonradical reaction will significantly advance the knowledge and its application for catalytic oxidation and wastewater treatment. In this review, we would like to present state-of-the-art research on nonradical pathways in persulfate-based AOPs, with emphases on the controversial methodologies for identifying the oxygen reactive species (ROS), ambiguous reaction mechanisms, intrinsic impacts of metal/carbon catalysts and organic substrates in the nonradical-based catalytic oxidation reactions. Moreover, further research directions on mechanistic investigation of the nonradical pathway with rational experimental design and advanced strategies, as well as the potential applications of the nonradical system are proposed.

Development of cost-effective and efficient electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is of prime importance to emerging renewable energy technologies. Here, we report a simple and effective strategy for enhancing ORR and OER electrocatalytic activity in alkaline solution by introducing A-site cation deficiency in LaFeO3 perovskite; the enhancement effect is more pronounced for the OER than the ORR. Among the A-site cation deficient perovskites studied, La0.95FeO3-δ (L0.95F) demonstrates the highest ORR and OER activity and, hence, the best bifunctionality. The dramatic enhancement is attributed to the creation of surface oxygen vacancies and a small amount of Fe4+ species. This work highlights the importance of tuning cation deficiency in perovskites as an effective strategy for enhancing ORR and OER activity for applications in various oxygen-based energy storage and conversion processes.

Recent research progresses on high performance anode materials for high-energy sodium-ion batteries are comprehensively summarized.

Insufficient catalytic activity and durability are key barriers to the commercial deployment of low temperature polymer electrolyte membrane (PEM) and direct-methanol fuel cells (DMFCs). Recent observations suggest that carbon-based catalyst support materials can be systematically doped with nitrogen to create strong, beneficial catalyst-support interactions which substantially enhance catalyst activity and stability. Data suggest that nitrogen functional groups introduced into a carbon support appear to influence at least three aspects of the catalyst/support system: 1) modified nucleation and growth kinetics during catalyst nanoparticle deposition, which results in smaller catalyst particle size and increased catalyst particle dispersion, 2) increased support/catalyst chemical binding (or “tethering”), which results in enhanced durability, and 3) catalyst nanoparticle electronic structure modification, which enhances intrinsic catalytic activity. This review highlights recent studies that provide broad-based evidence for these nitrogen-modification effects as well as insights into the underlying fundamental mechanisms.

High energy efficiency and energy density, together with rapid refuelling capability, render fuel cells highly attractive for portable power generation. Accordingly, polymer-electrolyte direct-methanol fuel cells are of increasing interest as possible alternatives to Li ion batteries. However, such fuel cells face several design challenges and cannot operate with hydrocarbon fuels of higher energy density. Solid-oxide fuel cells (SOFCs) enable direct use of higher hydrocarbons, but have not been seriously considered for portable applications because of thermal management difficulties at small scales, slow start-up and poor thermal cyclability. Here we demonstrate a thermally self-sustaining micro-SOFC stack with high power output and rapid start-up by using single chamber operation on propane fuel. The catalytic oxidation reactions supply sufficient thermal energy to maintain the fuel cells at 500-600 degrees C. A power output of approximately 350 mW (at 1.0 V) was obtained from a device with a total cathode area of only 1.42 cm2.

As a highly appealing technology for hydrogen generation, water electrolysis including oxygen evolution reaction (OER) at the anode and hydrogen evolution reaction (HER) at the cathode largely depends on the availability of efficient electrocatalysts. Accordingly, over the past years, much effort has been made to develop various electrocatalysts with superior performance and reduced cost. Among them, ruthenium (Ru)-based materials for OER and HER are very promising because of their prominent catalytic activity, pH-universal application, the cheapest price among the precious metal family, and so on. Herein, recent advances in this hot research field are comprehensively reviewed. A general description about water splitting is presented to understand the reaction mechanism and proposed scaling relations toward activities, and key stability issues for Ru-based materials are further given. Subsequently, various Ru-involving electrocatalysts are introduced and classified into different groups for improving or optimizing electrocatalytic properties, with a special focus on several significant bifunctional electrocatalysts along with a simulated water electrolyzer. Finally, a perspective on the existing challenges and future progress of Ru-based catalysts toward OER and HER is provided. The main aim here is to shed some light on the design and construction of emerging catalysts for energy storage and conversion technologies.

Key challenges include rational design of flexible cell components, exploration of novel configurations, and optimization of operation management.

LnBaCo2O5+δ (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Gd, and Y) was synthesized via an EDTA–citrate complexing process. The particular Ln3+ dopant had a significant effect on the oxide’s phase structure/stability, oxygen content, electrical conductivity, oxygen permeability, and cathode performance. Stable, cation-ordered oxides with layered lattice structures were obtained with medium-sized Ln3+ ions over a wide range of oxygen partial pressures, a property essential for applications as oxygen separation membranes and solid oxide fuel cell (SOFC) cathodes. PrBaCo2O5+δ demonstrated the highest oxygen flux (∼5.09 × 10−7 mol cm−2 s−1 at 900 °C), but this value was still significantly lower than that of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ perovskite (∼3.1 × 10−6 mol cm−2 s−1 at 900 °C). The observed difference was attributed to the much longer diffusion distance through a polycrystalline membrane with a layered lattice structure than through cubic perovskite because bulk diffusion was the rate-limiting step of permeation. An area-specific resistance of ∼0.213 Ω cm2 was achieved at 600 °C with a PrBaCo2O5+δ cathode, suggesting that the layer-structured oxides were promising alternatives to ceramic membranes for SOFC cathodes.