创新背景

化学循环燃烧(CLC)是一种在燃料燃烧过程中利用金属氧化物代替空气的技术。化学循环燃烧使用金属氧化物（如铜氧化物）从空气中运输氧气与燃料进行反应，这个反应过程产生的烟气主要是二氧化碳和水蒸气。其中，蒸汽会被冷凝以有效地捕获二氧化碳，防止它进入大气，因此CLC可以帮助人们以更清洁的方式使用化石燃料。

用于 CO2 捕获的化学循环燃烧

这些过程主要基于金属氧化物获得和失去电子的反应，即氧化还原反应。然而，阻碍CLC大规模应用的一个关键问题是金属氧化物无法在高温下的多次氧化还原循环中保持良好的释氧性能。

创新过程

伦敦帝国理工学院(Imperial College London)领导的研究团队开发了一种新的材料设计策略，可以生产出在高温下性能更好的铜基金属氧化物。这项技术已经对太阳能电池板制造业的氩气回收产生了全球影响，预计将有助于从现有的应对气候危机的能源技术中释放出更多的能量。这项研究于2022年8月30日发表在《自然通讯》杂志上。文章题目为“Precursor engineering of hydrotalcite-derived redox sorbents for reversible and stable thermochemical oxygen storage”。

为了解决金属氧化物如何在氧化还原循环中保持其性能的问题，研究人员检查了CLC中使用的金属氧化物的基本结构，因为对金属氧化物的前体化学知之甚少，会限制他们的合理设计。

他们使用了一种替代方法，从一种著名的由层状双金属氢氧化物(LDH)组成的前驱体中设计金属氧化物结构。通过调整LDH前体的化学性质，研究人员发现，它们可以生产出在非常高温下仍能表现良好的金属氧化物。他们在一个被广泛使用的流化床反应器中进行了100次化学循环，长达65小时，以此来证明这一点。

金属化合物的特写

它们更强的耐热能力意味着，以这种方式产生的金属氧化物可以用于净化和回收惰性气体，如制造太阳能电池板、捕获和存储碳、化学能源存储以及生产清洁的氢，从而释放更多的能量。

为了证明这一点，研究人员扩大了用于流化床反应器的金属氧化物的产量。他们发现，制造这些材料很简单，而且很容易使用现有的工业制造方法进行升级。

研究人员保罗·芬内尔教授表示，世界必须在2050年前达到净零碳排放。可再生能源正在迅速发展，但在短期内，还需要开发具有成本效益的碳捕获技术，可以应用于工业脱碳。这项工作将有助于解决这一全球挑战。

接下来，研究人员将研究材料在不同类型燃料燃烧过程中的长期稳定性，探索热化学储能的新应用，并将该方法扩展到其他金属氧化物系统，通过热化学氧化还原循环生产清洁氢。

创新关键点

通过调整层状双金属氢氧化物(LDH)前体的化学性质，研究团队创新性地设计了一种在高温下仍能保持良好性能的金属氧化物结构。这项研究有助于实现净零碳排放。