Plasma Chemical Looping: Unlocking High-Efficiency CO2 Conversion to Clean CO at Mild Temperatures

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作者
Yanhui Long,Xingzi Wang,Hai Zhang,Kaiyi Wang,Wee‐Liat Ong,Annemie Bogaerts,Kongzhai Li,Chunqiang Lu,Xiaodong Li,Jianhua Yan,Xin Tu,Hao Zhang
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 2462-2473 被引量:26
标识
DOI:10.1021/jacsau.4c00153
摘要

We propose a plasma chemical looping CO2 splitting (PCLCS) approach that enables highly efficient CO2 conversion into O2-free CO at mild temperatures. PCLCS achieves an impressive 84% CO2 conversion and a 1.3 mmol g-1 CO yield, with no O2 detected. Crucially, this strategy significantly lowers the temperature required for conventional chemical looping processes from 650 to 1000 °C to only 320 °C, demonstrating a robust synergy between plasma and the Ce0.7Zr0.3O2 oxygen carrier (OC). Systematic experiments and density functional theory (DFT) calculations unveil the pivotal role of plasma in activating and partially decomposing CO2, yielding a mixture of CO, O2/O, and electronically/vibrationally excited CO2*. Notably, these excited CO2* species then efficiently decompose over the oxygen vacancies of the OCs, with a substantially reduced activation barrier (0.86 eV) compared to ground-state CO2 (1.63 eV), contributing to the synergy. This work offers a promising and energy-efficient pathway for producing O2-free CO from inert CO2 through the tailored interplay of plasma and OCs.
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