高熵氧化物、钙钛矿及金属氧化物在化学链重整制合成气与烟气利用中的性能研究：合成气生产与CO2资源化新策略

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：On the Performance of High-Entropy Oxides, Perovskites and Metal Oxides in Chemical Looping Reforming for Syngas Production and Flue Gas Utilization

　　本文系统评述了高熵氧化物（HEO）、钙钛矿（如LaFeO3）及传统金属氧化物（如NiO/Al2O3）在化学链重整（CLR）中的应用，重点分析了其氧载体（OC）性能对合成气（H2/CO）产率、烟气（含CO2/O2）资源化及反应动力学的影响，为低碳能源技术开发提供新视角。

　　

章节精选

氧载体的合成

三种氧载体材料——高熵氧化物HEO [La(Ce_0.2Ni_0.2Fe_0.2Co_0.2Cu_0.2)O₃]以及钙钛矿LaFeO₃（简称LF）和La_0.95Ce_0.05Ni_0.5Fe_0.5O₃（简称LCNF）——均采用简单通用的甘氨酸硝酸盐燃烧法合成。该方法曾用于制备LaFeO₃（文献40）。HEO中选择La作为A位阳离子，因其能形成稳定钙钛矿结构；过渡金属（Ni、Fe、Co、Cu）与稀土元素Ce的平衡组合则赋予材料独特的氧迁移能力。

BET与XRD分析

HEO、循环测试后还原的HEO、LF、LCNF、商业NiO/Al₂O₃（C-NiO）及实验室自制NiO/Al₂O₃（L-NiO）的比表面积数据见表3。HEO的BET比表面积为14.6 m²/g，但经过20次循环测试后，其表面积降至10.1 m²/g，这可能是高温循环过程中烧结和团聚导致的。LF和LCNF钙钛矿的比表面积分别为6.2和7.9 m²/g，而C-NiO和L-NiO因氧化铝载体存在，表面积显著更高（分别达92.3和94.1 m²/g）。XRD图谱证实所有材料均形成立方晶系结构，HEO的晶格畸变特征明显，这与其多阳离子组成相关。

结论

五种氧载体（HEO、LF、LCNF、C-NiO、L-NiO）在固定床反应器中应用于甲烷化学链重整。HEO在还原步骤中表现出高CO选择性（49%）和理想合成气比例（H₂/CO=2.7），而LCNF的产氢量最高（82%）。所有材料均能利用水泥行业烟气（含CO₂/O₂）实现再生，并降低烟气中CO₂含量。HEO经20次氧化还原循环后仍保持活性，其还原过程符合三维收缩球模型，活化能为119.2 kJ/mol。本研究为工业烟气资源化和高效合成气生产提供了材料设计依据。