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Development of catalysts for sulfuric acid decomposition in the sulfur–iodine cycle: a review
Catalysis Reviews, Science and Engineering ( IF 10.9 ) Pub Date : 2021-04-04 , DOI: 10.1080/01614940.2021.1882048
Hassnain Abbas Khan 1 , Ahsan Jaleel 2 , Eyas Mahmoud 3 , Shoaib Ahmed 4 , Umair Hassan Bhatti 5 , Muhammad Bilal 6 , Hussain 7
Affiliation  

ABSTRACT

To achieve carbon-neutral energy vectors, researchers have investigated various sulfur-based thermochemical cycles. The sulfur–iodine cycle has emerged as a cost-effective global process with massive hydrogen production potentials. However, all sulfur-based thermochemical cycles involve sulfuric acid decomposition reaction, which is highly corrosive and energy intensive. The activation energy of this reaction can be reduced using catalysts that decrease the onset temperature of the reaction. Renewable heat sources such as solar and waste nuclear heat demand high stability to operate within a wide temperature window (650°C–900°C). Several metal/metal oxide systems based on noble and transition metals have been investigated over the last twenty years. In the literature, supported Pt-based catalysts are regarded as the prime choice for stable operations. However, during catalytic operations, noble metals are degraded owing to sintering, oxidation, leaching, and other processes. Transition metal oxides such as Fe, Cu, Cr, and Ni exhibit promising catalytic activity at high temperatures; however, at low temperatures (>600°C), their activation is reduced owing to poisoning and the formation of stable sulfate species. The catalytic activity of transition metal oxides is determined by the decomposition temperature of its corresponding metal sulfate; thus, the metal sulfate formation is considered as the rate-limiting step. Herein, the catalytic systems studied over the last decade are summarized, and recommendations for designing robust catalysts for commercial applications are presented.



中文翻译:

硫碘循环中硫酸分解催化剂的开发:综述

摘要

为了实现碳中性能量载体,研究人员研究了各种基于硫的热化学循环。硫碘循环已成为具有巨大产氢潜力的具有成本效益的全球工艺。然而,所有基于硫的热化学循环都涉及硫酸分解反应,该反应具有高腐蚀性和能源密集型。使用降低反应起始温度的催化剂可以降低该反应的活化能。太阳能和废核热等可再生热源需要高稳定性才能在宽温度窗口(650°C–900°C)内运行。在过去的二十年中,已经研究了几种基于贵金属和过渡金属的金属/金属氧化物系统。在文献中,负载型 Pt 基催化剂被认为是稳定运行的首选。然而,在催化操作过程中,贵金属会因烧结、氧化、浸出和其他过程而降解。Fe、Cu、Cr、Ni等过渡金属氧化物在高温下表现出良好的催化活性;然而,在低温(>600°C)下,由于中毒和形成稳定的硫酸盐物种,它们的活化会降低。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。在催化操作过程中,贵金属由于烧结、氧化、浸出和其他过程而降解。Fe、Cu、Cr、Ni等过渡金属氧化物在高温下表现出良好的催化活性;然而,在低温(>600°C)下,由于中毒和形成稳定的硫酸盐物种,它们的活化会降低。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。在催化操作过程中,贵金属由于烧结、氧化、浸出和其他过程而降解。Fe、Cu、Cr、Ni等过渡金属氧化物在高温下表现出良好的催化活性;然而,在低温(>600°C)下,由于中毒和形成稳定的硫酸盐物种,它们的活化会降低。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。Fe、Cu、Cr、Ni等过渡金属氧化物在高温下表现出良好的催化活性;然而,在低温(>600°C)下,由于中毒和形成稳定的硫酸盐物种,它们的活化会降低。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。Fe、Cu、Cr、Ni等过渡金属氧化物在高温下表现出良好的催化活性;然而,在低温(>600°C)下,由于中毒和形成稳定的硫酸盐物种,它们的活化会降低。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。过渡金属氧化物的催化活性由其相应金属硫酸盐的分解温度决定;因此,金属硫酸盐的形成被认为是限速步骤。本文总结了过去十年研究的催化系统,并提出了设计用于商业应用的稳健催化剂的建议。

更新日期:2021-04-04
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