Precursor engineering of hydrotalcite-derived redox sorbents for reversible and stable thermochemical oxygen storage.
Precursor engineering of hydrotalcite-derived redox sorbents for reversible and stable thermochemical oxygen storage.
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用于可逆和稳定热化学储氧的水滑石衍生氧化还原吸附剂的前驱体工程。
DOI：
10.1038/s41467-022-32593-6
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发表时间：
2022-08-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
基于金属氧化物的多步还原和氧化的化学循环过程在各种能源应用中具有很大的前景，例如CO2捕获和转化、气体分离、能量储存和氧化还原催化过程。铜基复合氧化物是最有前途的储氧材料之一。然而，高温下的结构退化和烧结是一个关键的科学挑战。在此，我们报告了一种前体工程方法来制备耐用的铜基氧化还原吸附剂，用于燃烧和气体净化的热化学循环过程。CuMgAl水滑石前驱体的煅烧形成由分散在Mg-Al氧化物载体中的CuO纳米颗粒组成的混合金属氧化物，其抑制了在氧化还原循环期间形成的铜铝酸盐。铜基氧化还原吸附剂表现出增强的反应速率，在900 °C下超过500次氧化还原循环的稳定O2储存能力，以及在宽温度范围内的有效气体净化。我们期望我们的材料设计策略对用于一系列热化学过程和氧化还原催化应用的混合金属氧化物的合成和工程具有广泛的影响。金属氧化物的热化学氧化还原反应在CO2捕集、气体净化、空气分离和能量储存等方面具有广阔的应用前景。在这里，作者报告了来自层状双氢氧化物前体的混合金属氧化物，并证明了它们的可逆和稳定的热化学储氧。
Chemical looping processes based on multiple-step reduction and oxidation of metal oxides hold great promise for a variety of energy applications, such as CO2 capture and conversion, gas separation, energy storage, and redox catalytic processes. Copper-based mixed oxides are one of the most promising candidate materials with a high oxygen storage capacity. However, the structural deterioration and sintering at high temperatures is one key scientific challenge. Herein, we report a precursor engineering approach to prepare durable copper-based redox sorbents for use in thermochemical looping processes for combustion and gas purification. Calcination of the CuMgAl hydrotalcite precursors formed mixed metal oxides consisting of CuO nanoparticles dispersed in the Mg-Al oxide support which inhibited the formation of copper aluminates during redox cycling. The copper-based redox sorbents demonstrated enhanced reaction rates, stable O2 storage capacity over 500 redox cycles at 900 °C, and efficient gas purification over a broad temperature range. We expect that our materials design strategy has broad implications on synthesis and engineering of mixed metal oxides for a range of thermochemical processes and redox catalytic applications. Thermochemical redox reactions of metal oxides are promising for CO2 capture, gas purification, air separation, and energy storage. Here, the authors report mixed metal oxides derived from layered double hydroxides precursors, and demonstrate their reversible and stable thermochemical oxygen storage.
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影响因子：
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作者：
Chuang, S. Y.;Dennis, J. S.;Scott, S. A.
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Scott, S. A.
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作者：
Arjmand, Mehdi;Keller, Martin;Lyngfelt, Anders
通讯作者：
Lyngfelt, Anders
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作者：
Arjmand, Mehdi;Azad, Abdul-Majeed;Lyngfelt, Anders
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Lyngfelt, Anders
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作者：
Gao, Yunfei;Wang, Xijun;Li, Fanxing
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Li, Fanxing
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作者：
Behrens, Malte;Kasatkin, Igor;Weinberg, Gisela
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