Tailoring lattice oxygen triggered NiO/Ca9Co12O28 catalysts for sorption-enhanced renewable hydrogen production

催化作用 非阻塞I/O 蒸汽重整 吸附剂 氧气 制氢 吸附 化学工程 材料科学 吸附 合金 化学 无机化学 冶金 物理化学 工程类 有机化学
作者
Zhao Sun,Weizhi Shi,Chunlei Pei,Christopher K. Russell,Dongfang Cheng,Zhiqiang Sun,Jinlong Gong
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:316: 121642-121642 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121642
摘要

Sorption-enhanced steam reforming of ethanol shows potential of supplying high-quality hydrogen with in situ CO 2 capture, but suffers from sorbent deactivation. This paper describers the design of functionalized x NiO/Ca 9 Co 12 O 28 materials, whose phases can be segregated once triggered by the lattice oxygen consumption via NiO/Ca 9 Co 12 O 28 -O 2- →Ni-Co+CaO, thus acting as the catalytic sorbent. Their superiorities are demonstrated in: (i) low-temperature activation via lattice oxygen induction; (ii) recyclability via lattice oxygen replenishment; iii) high-quality hydrogen actuation via in situ CO 2 adsorption. Hydrogen concentration of 95.56 vol% and near-complete ethanol conversion can be achieved. Moreover, stability across 50 repeated cycles without obvious reduction in catalytic reforming and CO 2 adsorption is demonstrated. In situ XRD studies demonstrate the formation of the Ni-Co alloy and the reorganization of the catalytic sorbent. The adsorption energies of ethanol on the surface of Ni(111), Co(111), and Ni-Co(111) were studied by DFT calculations, reaffirming the higher catalytic activity of Ni-Co alloys. • A series of lattice oxygen triggered NiO/Ca 9 Co 12 O 28 catalysts were fabricated. • Phase segregation and reformation of the catalyst can be proceeded via switch-on-off looping. • Hydrogen concentration of 95.56 vol% and near 100% ethanol conversion can be achieved. • The promotional role of Ni doping on catalytic activity and CO 2 uptake capacity was identified. • DFT results revealed the enhancement of Ni-Co alloy on ethanol activation and CO 2 adsorption.
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