Enhanced Morphological Preservation and Redox Activity in Al-Incorporated NiFe2O4 for Chemical Looping Hydrogen Production

氧化还原 化学链燃烧 化学工程 材料科学 尖晶石 制氢 氧气储存 氧气 化学反应 化学 冶金 生物化学 有机化学 工程类
作者
Yikyeom Kim,Hyun Suk Lim,Minbeom Lee,Minkyu Kim,Dohyung Kang,Jae Wook Lee
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (44): 14800-14810 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c04619
摘要

Although chemical looping technology has enabled energy-efficient H2 production by combining separation and reaction through the lattice oxygen in oxygen storage materials (OSMs), metal oxides undergoing successive reduction–oxidation cycles generally suffer from a decline in long-term performance. This work investigates an Al-incorporated Ni-ferrite (NiFe2O4) particle to demonstrate a detailed deactivation mechanism induced by redox stress and suggests a strategy to prolong the lifespan of the particle. It is revealed that the grain coalescence and surface densification hamper the redox performance by decreased electrical conductivity and retarded gas transfer, eventually leading to deactivation over the cycles. The formation of a spinel solid solution with aluminum (Al) incorporation was found to be an effective strategy to prevent densification and maintain the long-term performance. Al incorporation at 3.3 wt % is determined as the best particle that can maintain the highest H2 yield (8.2 mmol H2·g–1) and average production rate (0.41 mmol H2·g–1·min–1) for 11 cycles.
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