用于太阳能热化学水分解的组成复杂钙钛矿氧化物
材料科学
2022-09-23 v1
摘要
太阳能热化学制氢（STCH）是一种有前景的环保 H2 生产方法，但传统 STCH 氧化还原化合物常受限于热力学和动力学限制且可调性有限。从新兴的高熵陶瓷领域拓展，本研究探索了一类新的组成复杂钙钛矿氧化物 (La0.8Sr0.2)(Mn(1-x)/3Fe(1-x)/3CoxAl(1-x)/3)O3 用于 STCH。原位 X 射线衍射证明了氧化还原循环过程中的相稳定性，原位 X 射线光电子能谱显示了 Co 的优先氧化还原。还原程度随 Co 含量增加而增大，但本征动力学随之降低。因此，(La0.8Sr0.2)(Mn0.2Fe0.2Co0.4Al0.2)O3-{\delta} 在热力学和动力学性质之间实现了最优平衡。适中的还原焓、高还原熵以及优选的表面氧交换动力学的结合，使其在短暂的 1 小时氧化还原周期内达到最大 H2 产率 395 ± 11 {\mu}mol g-1。如预期，熵稳定有助于氧化还原过程中的结构稳定性而无相变，从而在严苛中断条件下实现了 >50 次循环的优异 STCH 稳定性。潜在的氧化还原机制通过基于密度泛函理论的并行蒙特卡洛计算进一步阐明，这代表了一种在此首次建立的新计算范式。本研究提出了一种用于 STCH 和化学链的非等摩尔组成复杂陶瓷新类别。
引用
@article{arxiv.2209.10704,
title = {Compositionally Complex Perovskite Oxides for Solar Thermochemical Water Splitting},
author = {Dawei Zhang and Hector A. De Santiago and Boyuan Xu and Cijie Liu and Jamie Trindell and Wei Li and Jiyun Park and Mark A. Rodriguez and Eric N. Coker and Josh Sugar and Anthony McDaniel and Stephan Lany and Liang Ma and Yi Wang and Gregory Collins and Hanchen Tian and Wenyuan Li and Yue Qi and Xingbo Liu and Jian Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.10704},
year = {2022}
}