Compositionally Complex Perovskite Oxides for Solar Thermochemical Water Splitting

热化学循环 氧化还原 钙钛矿(结构) X射线光电子能谱 化学 制氢 热力学 分解水 材料科学 化学物理 化学工程 无机化学 催化作用 结晶学 生物化学 光催化 物理 工程类 有机化学
作者
Dawei Zhang,Héctor A. De Santiago,Boyuan Xu,Cijie Liu,Jamie A. Trindell,Wei Li,Jiyun Park,Mark A. Rodriguez,Eric N. Coker,Joshua D. Sugar,Anthony H. McDaniel,Stephan Lany,Liang Ma,Yi Wang,Gregory Collins,Hanchen Tian,Wenyuan Li,Yue Qi,Xingbo Liu,Jian Luo
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (5): 1901-1915 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c03054
摘要

Solar thermochemical hydrogen (STCH) generation is a promising approach for eco-friendly H<sub>2</sub> production, but conventional STCH redox compounds cannot easily achieve desirable thermodynamic and kinetic properties and phase stability simultaneously due to a rather limited compositional space. Expanding from the nascent high-entropy ceramics field, this study explores a new class of compositionally complex perovskite oxides (La<sub>0.8</sub>Sr<sub>0.2</sub>)(Mn<sub>(1–x)/3</sub>Fe<sub>(1–x)/3</sub>Co<sub>x</sub>Al<sub>(1–x)/3</sub>)O<sub>3</sub> with new non-equimolar designs for STCH. In situ X-ray photoelectron spectroscopy shows preferential redox of Co. The extent of reduction increases, but the intrinsic kinetics decreases, with increasing Co content. Consequently, (La<sub>0.8</sub>Sr<sub>0.2</sub>)(Mn<sub>0.2</sub>Fe<sub>0.2</sub>Co<sub>0.4</sub>Al<sub>0.2</sub>)O<sub>3</sub> achieves an optimal thermodynamic and kinetic balance. The combination of a moderate enthalpy of reduction, a high entropy of reduction, and preferable surface oxygen exchange kinetics enables a maximum H<sub>2</sub> production of 89.97 mmol mol<sub>oxide</sub><sup>–1</sup> in a short 1 h redox duration. Entropy stabilization may contribute to the phase stability during redox cycling without phase transformation, which enables STCH production for >50 cycles under harsh interrupted conditions. The underlying redox mechanism is further elucidated by a density functional theory-based parallel Monte Carlo computation approach. This study suggests a new class of non-equimolar compositionally complex ceramics for STCH and thermochemical looping.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
2秒前
我叫胖子完成签到,获得积分10
2秒前
打打应助KaK采纳,获得10
2秒前
hhh完成签到,获得积分10
3秒前
马大帅发布了新的文献求助10
4秒前
沈若南发布了新的文献求助10
6秒前
邓佳鑫Alan应助JustinaLiu采纳,获得10
6秒前
平淡卿发布了新的文献求助10
7秒前
852应助空勒采纳,获得30
7秒前
木木发布了新的文献求助10
9秒前
11秒前
赘婿应助lzn采纳,获得10
12秒前
WZ完成签到 ,获得积分10
13秒前
FY完成签到 ,获得积分10
13秒前
zaixianqiuzu发布了新的文献求助10
14秒前
称心的不言完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
沈若南发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
mmzz完成签到,获得积分20
18秒前
lzn完成签到,获得积分10
20秒前
mmzz发布了新的文献求助10
22秒前
galagala发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
Taxwitted应助当下最好采纳,获得10
24秒前
沈若南发布了新的文献求助10
24秒前
25秒前
26秒前
斯文败类应助刘萌萌采纳,获得10
27秒前
gaint发布了新的文献求助10
28秒前
28秒前
桐桐应助mmzz采纳,获得10
28秒前
29秒前
Orange应助爱笑蜻蜓采纳,获得10
29秒前
不才完成签到,获得积分10
29秒前
29秒前
32秒前
沈若南发布了新的文献求助10
32秒前
香蕉觅云应助俏皮凌蝶采纳,获得10
32秒前
JustinaLiu完成签到,获得积分10
33秒前
高分求助中
Aerospace Standards Index - 2025 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Treatise on Geochemistry (Third edition) 1600
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 1000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 981
L-Arginine Encapsulated Mesoporous MCM-41 Nanoparticles: A Study on In Vitro Release as Well as Kinetics 500
流动的新传统主义与新生代农民工的劳动力再生产模式变迁 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5456254
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4563149
关于积分的说明 14288614
捐赠科研通 4487602
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2457987
邀请新用户注册赠送积分活动 1448364
关于科研通互助平台的介绍 1423965