Precursor engineering of hydrotalcite-derived redox sorbents for reversible and stable thermochemical oxygen storage

氧化还原 煅烧 水滑石 氧气储存 铜 化学链燃烧 化学工程 材料科学 氧化物 催化作用 无机化学 金属 燃烧 化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Michael High,Clemens F. Patzschke,Liya Zheng,Dewang Zeng,Oriol Gavalda‐Diaz,Nan Ding,Ka Ho Horace Chien,Zili Zhang,George E. Wilson,A. Berenov,Stephen J. Skinner,Kyra Campbell,Rui Xiao,Paul S. Fennell,Qilei Song
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 5109-5109 被引量:45
标识
DOI:10.1038/s41467-022-32593-6
摘要

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.
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