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Ceria Doped with Zirconium and Lanthanide Oxides to Enhance Solar Thermochemical Production of Fuels

Call, Friedemann und Roeb, Martin und Schmücker, Martin und Sattler, Christian und Pitz-Paal, Robert (2015) Ceria Doped with Zirconium and Lanthanide Oxides to Enhance Solar Thermochemical Production of Fuels. Journal of Physical Chemistry C, 119, Seiten 6929-6938. ACS Publications. doi: 10.1021/jp508959y. ISSN 1932-7447.

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Offizielle URL: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jp508959y

Kurzfassung

Developing an efficient redox material is crucial for thermochemical cycles that produce solar fuels (e.g., H2 and CO), enabling a sustainable energy supply. In this study, the effects of varying the rare-earth content y in Ce0.85‑yZr0.15REyO2−0.5y with RE = Y, La, Sm and Gd on the fuel productivity and long-term stability were investigated. Compared to the none-RE-doped reference material, Ce0.85Zr0.15O2, none of the compositions exhibits higher performances. However, long-term cycling of more than 80 cycles reveals enhanced performance due to rare-earth doping. Ce0.85Zr0.15O2 suffers from linear degradation of the yields and of the CO:O2 ratio r, which is attributed to declining oxidation kinetics, whereas for instance Ce0.82Zr0.15Sm0.03O1.99 features stable yields and kinetics. The suggested rationale behind is found in a vacancy-depleted region that occurs in the grains of Ce0.85Zr0.15O2. While cycling, the specific surface decreases and the impact of these regions on the reaction rate increases which leads to declining oxidation kinetics. In contrast, Ce0.82Zr0.15Sm0.03O1.99 displays structural vacancies corresponding to the Sm3+, which remain during oxidation. Because of these structural vacancies the oxygen bulk transport is enhanced resulting in a constant reaction rate. Because of the long-term cycling, rare-earth doping is in particular beneficial for the oxidation kinetics and hence, important for the technical realization of the process.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/97848/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ceria Doped with Zirconium and Lanthanide Oxides to Enhance Solar Thermochemical Production of Fuels
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Call, FriedemannFriedemann.Call (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT 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
Pitz-Paal, Robertrobert.pitz-paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2015
Erschienen in:Journal of Physical Chemistry C
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:119
DOI:10.1021/jp508959y
Seitenbereich:Seiten 6929-6938
Verlag:ACS Publications
ISSN:1932-7447
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar fuels, thermochemical, Ceria doped Zirconia, Fuels production
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Konzentrierende Solarsysteme (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SF - Solarforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Verfahrenstechnik (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Institut für Werkstoff-Forschung > Keramische Strukturwerkstoffe
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:17 Aug 2015 13:22
Letzte Änderung:06 Nov 2023 09:41

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