鋯取代的二氧化鈰(Ce1-xZrxO2)由于其巨大的儲氧能力和燃料生產(chǎn)潛力，在兩步熱化學(xué)CO2/H2O分解循環(huán)中是一種很有效的材料。然而，Ce1-xZrxO2固溶體表現(xiàn)出比單獨的氧化鈰相對較慢的燃料釋放速率。
基于此，中科院大連化物所李燦課題組為了提高太陽能到燃料的能量轉(zhuǎn)換效率，使用貴金屬催化劑(RuOx、PtOx和IrOx)來提高基于兩步熱化學(xué)CO2分解的Ce0.85Zr0.15O2(CZ15)的CO釋放速率。Ir修飾在三種貴金屬中表現(xiàn)出最好的性能，與本征Ce0.85Zr0.15O2相比，0.4 atom% IrOx作為催化劑負(fù)載于Ce0.85Zr0.15O2表面，最大CO釋放率可提高35%；當(dāng)少量IrOx(1.0 atom %)摻雜到Ce0.85Zr0.15O2的晶體結(jié)構(gòu)中時通過溶液燃燒法，初始CO釋放率可提高3倍。這種催化效果歸因于陶瓷塊內(nèi)MIEC的增加和銥催化劑修飾的二氧化鋯-氧化鋯固溶體氣固界面處化學(xué)反應(yīng)速率的提高。此外，Ir催化劑的修飾不僅可以通過產(chǎn)生更有利的體缺陷來增強(qiáng)氧在固體中的遷移率，而且可以通過提供更多的表面活性位點(例如氧空位和ZrO8型配合物缺陷)催化表面的C-O鍵斷裂。IrOx催化劑及其對CO釋放速率的促進(jìn)作用在高溫下經(jīng)過多次氧化還原循環(huán)后仍能保持相對穩(wěn)定。這項工作表明，通過添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行界面工程和本體改性是進(jìn)一步提高Ce1-xZrxO2的熱化學(xué)循環(huán)CO2分解的CO釋放速率的有前景的方法，這為提高其他動力學(xué)受限的熱化學(xué)CO2/H2O分裂循環(huán)的燃料能量轉(zhuǎn)換效率提供了新策略。Platinum Group Metal Catalyst (RuOx, PtOx, and IrOx)-Decorated Ceria-Zirconia Solid Solution as High Active Oxygen Carriers for Solar Thermochemical CO2 Splitting. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02044
