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Oxidation kinetics of La and Yb incorporated Zr-doped ceria for solar thermochemical fuel production in the context of dopant ionic radius and valence

Lee, Kangjae und Knoblauch, Nicole und Agrafiotis, Christos und Pein, Mathias und Roeb, Martin und Sattler, Christian (2022) Oxidation kinetics of La and Yb incorporated Zr-doped ceria for solar thermochemical fuel production in the context of dopant ionic radius and valence. Open Ceramics. Elsevier. doi: 10.1016/j.oceram.2022.100269. ISSN 2666-5395.

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2MB

Kurzfassung

The influence of ionic radii and valence of dopants in Ce0.9LaxYbyZr0.1-x-yO2-d (x = 0, 0.05, 0.1, y = 0, 0.05, 0.1) on the oxidation kinetics were investigated by thermogravimetric analysis in synthetic air and were compared to undoped ceria. Samples co-doped with Zr-La and Zr-Yb exhibited moderate oxidation kinetics that were slower than undoped ceria, but much faster than 10mol% Zr-doped ceria. The extrinsic oxygen vacancy induced by the trivalent dopants improves the kinetics at oxidation temperatures below 700 °C, where the diffusion, and not the surface exchange reaction is the limiting factor. A smaller ionic radius of the substituent (i.e. r(Yb3+) r(La3+)) in the co-doped ceria tends to facilitate lower activation energy resulting in slightly faster oxidation kinetics at temperatures below 700 °C. In contrast, additional extrinsic vacancies are rather obstructive at high temperatures (i.e. T 700 °C) due to a change of rate limiting mechanism from bulk oxygen diffusion to surface exchange reaction. Overall, the valence of the dopant rather than the ionic radius seems to determine the oxidation kinetics primarily, and additional La or Yb doping on Zr-doped ceria is appealing especially when the applications are focused on low temperature reactions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192333/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Oxidation kinetics of La and Yb incorporated Zr-doped ceria for solar thermochemical fuel production in the context of dopant ionic radius and valence
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lee, KangjaeKangjae.Lee (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knoblauch, NicoleNicole.Knoblauch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Agrafiotis, ChristosChristos.Agrafiotis (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pein, MathiasMathias.Pein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2796-1229NICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.Roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2022
Erschienen in:Open Ceramics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.oceram.2022.100269
Verlag:Elsevier
ISSN:2666-5395
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Doped ceriaThermochemical redox cyclingThermogravimetric analysisOxidation kineticsIonic radii valence
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels > Solarchemische Verfahrensentwicklung
Institut für Werkstoff-Forschung > Struktur- und Funktionskeramik
Hinterlegt von: Knoblauch, Nicole
Hinterlegt am:14 Dez 2022 10:09
Letzte Änderung:17 Okt 2023 04:14

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