Charge-Buffered Lattice Enabled Redox-Stable Ni/Perovskite-CaO Dual-Functional Materials for Integrated CO 2 Capture and Conversion

材料科学 催化作用 格子(音乐) 纳米技术 化学物理 凝聚态物理 光电子学 晶体结构 结晶学 化学 纳米颗粒 化学工程 一氧化碳 物理化学 固态 固溶体 多相催化
作者
Fangshu He,Guijiang Yang,Zizhao Chen,Yingquan Chen,Haiping Yang,Yang Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 5630-5641 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c08393
摘要

Integrated CO2 Capture and Conversion with Dry Reforming of Methane (ICCC-DRM) offers a promising route for syngas production but is currently hampered by the rapid degradation of traditional Ni/CaO dual-function materials (DFMs) due to Ni sintering, coke deposition, and severe CaO volume expansion. Herein, we designed a redox-stable Ni/CaTi0.95Ce0.05O3/CaO composite DFM via a charge-buffering lattice strategy and unraveled the self-adaptive lattice breathing mechanism. Specifically, the Ce-induced lattice distortion activates lattice oxygen (Olatt) and lowers the migration energy barrier for Ni in the perovskite structure, thereby driving Ni self-regeneration at 650 °C. Crucially, the reversible Ce3+/Ce4+ redox couple actively buffers the lattice stress induced by Ni self-regeneration via dynamic charge balancing. This mechanism maintains a stable oxygen vacancy (VO) concentration during cycling, thereby inhibiting structural deterioration. Furthermore, continuous CaO–CaTiO3 phase boundaries facilitate intracrystalline CO2 diffusion and act as mechanical buffers against volume stress. Consequently, the DFM exhibits high stability, retaining over 97% of the CO2 capture capacity after 20 cycles and sustaining 75% of the CO2 conversion with a near-unity H2/CO ratio over 60 long-term cycles. This robust cyclic stability demonstrates its strong potential for practical and long-term continuous CO2 capture and conversion.
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