Влияние добавок марганца или меди на каталитические свойства CeO2–SiO2 в реакции предпочтительного окисления CO в избытке водорода (PROX-СO)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена выявлению влияния добавок оксидов меди или марганца на каталитические свойства системы CeO2–SiO2 (CeSi), содержащей диоксид кремния в качестве текстурного промотора, в предпочтительном окислении монооксида углерода в избытке водорода (PROX-CO). Катализатор CeSi приготовлен осаждением из солей в присутствии темплата бромида цетилтриметиламмония, образцы 5 мас. % MnOx/CeSi и 5 мас. % CuOx/CeSi получены осаждением модификаторов из солей в присутствии карбоната калия на готовый носитель. Эффективность в катализе повышается в ряду CeSi < Mn/CeSi < Cu/CeSi. При 200°С средние по времени значения конверсии СО составляют 5, 19 и 78%, селективность образования СО2 – 100, 65 и 59% соответственно. Катализаторы охарактеризованы методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и температурно-программированного восстановления водородом. Высокая активность в PROX-CO связана с формированием высокодисперсных и легко восстанавливаемых частиц CuOx, равномерно распределенных по CeSi, находящихся в тесном контакте с CeO2 и содержащих адсорбционные центры Cu+. Для менее активной системы Mn/CeSi характерно неравномерное распределение MnOx на поверхности, низкое число контактов MnOx–CeO2 и малая способность MnOx к восстановлению в низкотемпературном интервале (50–100°С).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Ю. Каплин

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5091-6290

к.х.н., химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Е. Д. Болтков

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com

студент, химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Л. А. Ефименко

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com

студент, химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Е. С. Локтева

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3510-4822

д.х.н., доцент, химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

О. Я. Исайкина

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4165-6562

к.х.н., доцент, химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

К. И. Маслаков

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0672-2683

к.ф-м.н., химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

А. О. Камаев

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6648-0647

Химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Е. В. Голубина

ФГБОУ ВО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1040-1428

д.х.н., доцент, химический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991

Список литературы

  1. Hassan Q., Sameen A.Z., Salman H.M., Jaszczur M., Al-Jiboory A.K. // J. Energy Storage. 2023. V. 72. P. 108404.
  2. Rolo I., Costa V.A.F., Brito F.P. // Energies. 2023. V. 17. № 1. P. 180.
  3. Hjeij D., Biçer Y., Koç M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 8. P. 4977.
  4. Wang K., Men Y., Liu W., Zhang J. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 64. P. 25100.
  5. Lu J., Wang J., Zou Q., He D., Zhang L., Xu Z., He S., Luo Y. // ACS Catal. 2019. V. 9. № 3. P. 2177.
  6. Kaplin I.Y., Lokteva E.S., Maslakov K.I., Tikhonov A.V., Kharlanov A.N., Fionov A.V., Kamaev A.O., Isaikina O.Y., Maksimov S.V., Golubina E.V. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 594. P. 153473.
  7. Davó-Quiñonero A., Bailón-García E., López-Rodríguez S., Juan-Juan J., Lozano-Castelló D., García-Melchor M., Herrera F.C., Pellegrin E., Escudero C., Bueno-López A. // ACS Catal. 2020. V. 10. № 11. P. 6532.
  8. Chen Y., Lin J. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 64. P. 24788.
  9. Sahebdelfar S., Ravanchi M.T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V.48. № 64. P. 24709.
  10. Montini T., Melchionna M., Monai M., Fornasiero P. // Chem. Rev. 2016. V. 116. № 10. P. 5987.
  11. Konsolakis M. // Appl. Catal. B: Environ. 2016. V. 198. P. 49.
  12. Ayastuy J.L., Gurbani A., González-Marcos M.P., Gutiérrez-Ortiz M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. № 3. P. 1232.
  13. Guo X., Li J., Zhou R. // Fuel. 2016. V. 163. P. 56.
  14. Maciel C.G., Silva T.D.F., Hirooka M.I., Belgacem M.N., Assaf J.M. // Fuel. 2012. V. 97. P. 245.
  15. Tang C., Sun J., Yao X., Cao Y., Liu L., Ge C., Gao F., Dong L. // Appl. Catal. B: Environ. 2014. V. 146. P. 201.
  16. Golubina E.V., Kaplin I.Y., Gorodnova A.V., Lokteva E.S., Isaikina O.Y., Maslakov K.I. // Molecules. 2022. V. 27. № 18. P. 6095.
  17. Galtayries A., Sporken R., Riga J., Blanchard G., Caudano R. // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. 1998. V. 88–91. P. 951.
  18. Lee S.Y., Mettlach N., Nguyen N., Sun Y.M., White J.M. // Appl. Surf. Sci. 2003. V. 206. № 1–4. P. 102.
  19. Abi-aad E., Bechara R., Grimblot J., Aboukais A. // Chem. Mater. 1993. V. 5. № 6. P. 793.
  20. Mullins D.R., Overbury S.H., Huntley D.R. // Surf. Sci. 1998. V. 409. № 2. P. 307.
  21. Royer S., Duprez D. // ChemCatChem. 2011. V. 3. № 1. P. 24.
  22. Wan J., Tao F., Shi Y., Shi Z., Liu Y., Wu G., Kan J., Zhou R. // Chem. Eng. J. 2022. V. 433. № 3. P. 133.
  23. Schmitt R., Nenning A., Kraynis O., Korobko R., Frenkel A.I., Lubomirsky I., Haile S.M., Rupp J.L.M. // Chem. Soc. Rev. 2020. V. 49. № 2. P. 554.
  24. Shannon R.D., Prewitt C.T. // Acta Crystallogr. Sect. B. Struct. Crystallogr. Cryst. Chem. 1969. V. 25. № 5. P. 925.
  25. McBride J.R., Hass K.C., Poindexter B.D., Weber W.H. // J. Appl. Phys. 1994. V. 76. № 4. P. 2435.
  26. Kainbayev N., Sriubas M., Virbukas D., Rutkuniene Z., Bockute K., Bolegenova S., Laukaitis G. // Coating. 2020. V. 10. № 5. P. 432.
  27. Sal’nikov V.V., Pikalova E.Y. // Phys. Solid State. 2015. V. 57. № 10. P. 1944.
  28. Loridant S. // Catal. Today. 2021. V. 373. P. 98.
  29. Sartoretti E., Novara C., Giorgis F., Piumetti M., Bensaid S., Russo N., Fino D. // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 3875.
  30. Kaplin I.Y., Lokteva E.S., Golubina E.V., Shishova V.V., Maslakov K.I., Fionov A.V., Isaikina O.Y., Lunin V.V. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 485. P. 432.
  31. Fazio B., Spadaro L., Trunfio G., Negro J., Arena F. // J. Raman Spectrosc. 2011. V. 42. № 7. P. 1583.
  32. Bernardini S., Bellatreccia F., Della Ventura G., Sodo A. // Geostand. Geoanal. Res. 2021. V. 45. № 1. P. 223.
  33. Taniguchi T., Watanabe T., Sugiyama N., Subramani A.K., Wagata H., Matsushita N., Yoshimura M. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 46. P. 19789.
  34. Giordano F., Trovarelli A., De Leitenburg C., Giona M. // J. Catal. 2000. V. 193. № 2. P. 273.
  35. Yao H.C., Yao Y.F.Y. // J. Catal. 1984. V. 86. № 2. P. 254.
  36. Guntida A., Suriye K., Panpranot J., Praserthdam P. // Top. Catal. 2018. V. 61. № 15–17. P. 1641.
  37. Wu X., Liu S., Weng D., Lin F., Ran R. // J. Hazard. Mater. 2011. V. 187. № 1–3. P. 283.
  38. Stobbe E.R., De Boer B.A., Geus J.W. // Catal. Today. 1999. V. 47. № 1–4. P. 161.
  39. Wang Z., Shen G., Li J., Liu H., Wang Q., Chen Y. // Appl. Catal. B: Environ. 2013. V. 138–139. P. 253.
  40. Kaplin I.Y., Lokteva E.S., Bataeva S. V., Maslakov K.I., Fionov A.V., Shumyantsev A.V., Isaikina O.Y., Kamaev A.O., Golubina E.V. // Pure Appl. Chem. 2021. V. 93. № 4. P. 447.
  41. Khaskheli A.A., Xu L., Liu D. // Energy Fuels. 2022. V. 36. № 14. P. 7362.
  42. Ye Z., Liu Y., Nikiforov A., Ji J., Zhao B., Wang J. // Chemosphere. 2023. V. 336. P. 139130.
  43. Miranda Cruz A.R., Assaf E.M., Gomes J.F., Assaf J.M. // Catal. Today. 2021. V. 381. P. 42.
  44. Martínez-Munuera J.C., Giménez-Mañogil J., Yeste M.P., Hungría A.B., Cauqui M.A., García-García A., Calvino J.J. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 575. P. 151717.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости конверсии моноксида углерода (Х(СО)) и кислорода (Х(О2)), селективности по диоксиду углерода, рассчитанной по убыли CO (S1(CO2)) и по образованию CO2 (S2(CO2), от температуры реакции и времени в потоке реакционной смеси (а–в) и времени контакта (г–е) в присутствии образцов CeSi (а, г), Mn/CeSi (б, д) и Cu/CeSi (в, е).

Скачать (3MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Порошковые дифрактограммы свежеприготовленных образцов CeSi, Cu/CeSi и Mn/CeSi.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии СЭМ (а, в) и полученные методом ЭДА карты распределения марганца (б) и меди (г) на поверхности катализаторов Mn/CeSi (а, б) и Cu/CeSi (в, д).

Скачать (10MB)
Метаданные
5. Рис. 4. КР-спектры (а) и ТПВ-H2 профили (б) образцов CeSi, Cu/CeSi и Mn/CeSi.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024