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Strategic co-doping of ceria for improved oxidation kinetics in solar thermochemical fuel production

Lee, Kangjae und Knoblauch, Nicole und Agrafiotis, Christos und Pein, Mathias und Roeb, Martin und Schmücker, Martin und Sattler, Christian (2023) Strategic co-doping of ceria for improved oxidation kinetics in solar thermochemical fuel production. Materials Today Energy, 35, Seiten 1-11. Elsevier. doi: 10.1016/j.mtener.2023.101321. ISSN 2468-6069.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468606923000771

Kurzfassung

La and Yb were incorporated as co-doping elements into Zr-doped ceria to investigate the influence of doping ions by means of ionic radius and valence on the ceria crystal lattice and potentially on thermodynamic and kinetic properties relevant to solar-driven two-step thermochemical CO2 splitting. Both ZreLa and ZreYb co-doped ceria clearly exhibited better reduction capability than ceria and partial molar enthalpy and entropy that were in between those of Zr-doped ceria and undoped ceria. In the case of CO2 splitting kinetics, Zr-doped ceria was the slowest in accordance with relevant literature, but Ladoped samples were much faster than Yb-doped counterparts suggesting that extrinsic oxygen vacancy formation, even though important, does not primarily determine the CO2 splitting kinetics unlike the hypothesis postulated by previous works. This work elucidates the role of dopant's ionic radius, lattice constant and valence on thermodynamics and CO2 splitting kinetics via experimental demonstration, and provides a new doping strategy not based on the extrinsic oxygen vacancy formation but based on the dopant ionic radius and valence with an insight for the further doped ceria-based redox material discovery.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195383/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Deutsche Forschungsgemeinschaft (Grant No. SCHM 1367/5-1)
Titel:Strategic co-doping of ceria for improved oxidation kinetics in solar thermochemical fuel production
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
Schmücker, MartinMartin.Schmuecker (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 April 2023
Erschienen in:Materials Today Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:35
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101321
Seitenbereich:Seiten 1-11
Verlag:Elsevier
ISSN:2468-6069
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Doped ceria Thermochemical cycles CO2 splitting Syngas production Redox
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
Institut für Werkstoff-Forschung
Hinterlegt von: Clintgens, Stefanie
Hinterlegt am:05 Jun 2023 10:38
Letzte Änderung:13 Jun 2023 13:07

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