Direct In Situ TEM Visualization of Atom Migration in SiO2‐Coated Core‐Shell NiFe2O4 Redox Catalyst During Chemical Looping CO2 Conversion

氧化还原 催化作用 奥斯特瓦尔德成熟 化学链燃烧 化学工程 材料科学 纳米颗粒 过渡金属 纳米技术 金属 化学 无机化学 物理化学 有机化学 冶金 燃烧 工程类
作者
Da Song,Yang Li,Yuchao Zhou,Zheng Liang,Cuiqin Li,Ruguang Ma,Shengxi Zhao,Zengli Zhao,Hongyu Huang,Fang He,Zhen Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202503222
摘要

Abstract Chemical looping technology utilizes the redox process and catalytic effects of metal oxides to convert carbon‐containing fuels and carbon dioxide into value‐added chemicals. Currently, cation diffusion, sintering, agglomeration, and the inactivation of metal oxides during cyclic redox reactions are the key challenges hindering the widespread industrialization of the chemical looping. While encapsulation strategies using supports have shown potential for prolonging redox catalyst lifespan, the fundamental mechanisms of support‐redox catalyst interactions and deactivation pathways under prolonged cycling remain elusive. In this study, the varying structural evolution pathways of redox catalysts from in situ transmission electron microscopy (TEM) indicate that the SiO 2 shell can suppress Ostwald ripening during the reduction process through a confinement effect, thereby preventing the agglomeration of metal particles. Moreover, the activity‐related size‐dependent of Ni nanoparticles is elucidated through density functional theory (DFT) simulations. SiO 2 support affects the migration path during the oxidation process. Finally, redox catalysts struggle to remain stably embedded within support or securely anchored on their surfaces. The continuous separation between Ni‐Fe and support may serve as a critical factor in deactivation in the long‐term. This study offers new insights into designing hierarchical redox catalysts with enhanced thermal and redox stability through in situ observation of the actual reaction process under high‐temperature.
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