Influence of copper powder structure on the catalytic properties of cerium oxide

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The influence of the structure of copper powder particles on the catalytic activity of the CeO2/Cu catalyst was studied using the methods of X-Ray diffraction, electron microscopy, electron diffraction, energy dispersive X-Ray analysis, as well as programmed temperature reduction of CO (CO-TPR). Nanocomposites were obtained by mechanochemical synthesis using copper particles differing in size and morphology: micron-sized dendrites and nanoparticles. It was shown that the activity of the catalyst obtained from nanosized copper is two times higher, which is due to the presence of CuxO clusters located on the atomic steps of cerium oxide nanocrystals. This arrangement of clusters apparently ensures that the activating centers are not blocked. Thus, the surface structure of cerium oxide particles formed when using nanosized copper powder is a key factor responsible for the catalytic activity.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

O. Zhigalina

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Autor responsável pela correspondência
Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, Moscow

O. Morozova

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, 4, Kosygin st., 119991 Moscow

D. Khmelenin

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, Moscow

E. Cherkovskiy

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, Moscow

A. Firsova

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, 4, Kosygin st., 119991 Moscow

V. Basu

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, Moscow

G. Vorobieva

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS

Email: zhigal@crys.ras.ru
Rússia, 4, Kosygin st., 119991 Moscow

Bibliografia

  1. Soria J., Conesa J.C., Martinez-Arias A., Coronado J.M. // Solid State Ionics. 1993. V. 65. P. 755. https://doi.org/10.1016/0167-2738(93)90191-5
  2. James T.E., Hemmingson S.L., Ito T., Campbell C.T. // J. Phys. Chem. 2015. V. 119. P. 17209. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b04621
  3. Lu J., Wang J., Zou Q. et al. // ACS Catal. 2019. V. 9. № 3. P. 2177. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04035
  4. Konsolakis M., Lykaki M. // Catalysts. 2021. V. 11. № 4. P. 452. https://doi.org/10.3390/catal11040452
  5. Varvoutis G., Lykaki M., Marnellos G.E., Konsolakis M. // Catalysts. 2023. V. 13. P. 275. https://doi.org/10.3390/catal13020275
  6. Фирсова А.А., Морозова О.С., Леонов А.В. и др. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. № 6. С. 783. https://doi.org/10.7868/S0453881114060069
  7. Borchers Ch., Martin M.L., Vorobjeva G.A. et al. // J. Nanopart. Res. 2016. V. 18. P. 344. https://doi.org/10.1007/s11051-016-3640-6
  8. Морозова О.С., Фирсова А.А., Тюленин Ю.П. и др. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 5. P. 741. https://doi.org/10.31857/S0453881120050081
  9. Zhigach A.N., Kuskov M.L., Leipunskii I.O. et al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Energetic. 2012. V. 3. P. 80.
  10. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. // Met. Sci. Heat Treat. 2000. V. 42. P. 309. https://doi.org/10.1007/BF02471306
  11. Konsolakis M. // Appl. Catal. B: Enviromental. 2016. V. 198. P. 49. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.05.037
  12. Van Deelen T.W., Mejía C.H., De Jong K.P. // Nature Catal. 2019. V. 2. P. 955. https://doi.org/10.1038/s41929-019-0364-x
  13. Cipriano L.A., Di Liberto G., Pacchioni G. // ACS Catal. 2022. V. 12. № 19. P. 11682. https://doi.org/10.1021/acscatal.2c03020
  14. Gao Y., Zhang L., Van Hoof A.J.F., Hensen E.J.M. // Appl. Catal. A. General. 2020. V. 602. P. 117712. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117712
  15. Cruz A.R.M., Assaf E.M., Gomes J.M., Assaf J.M. // Catal. Today. 2021. V. 381. № 1. P. 42. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.09.007
  16. Borchers Ch., Martin M.L., Vorobjeva G.A. et al. // AIP Adv. 2019. V. 9. P. 065115. https://doi.org/10.1063/1.5109067
  17. Paier J., Penschke C., Sauer J. // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 3949. https://doi.org/10.1021/cr3004949
  18. Chen A., Yu X., Zhou Y. et al. // Nature Catalysis. 2019. V. 2. P. 334. https://doi.org/10.1038/s41929-019-0226-6
  19. Puigdollers A.R., Schlexer P., Tosoni S., Pacchioni G. //ACS Catal. 2017. V. 7. P. 6493. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b01913
  20. Kappis K., Papavasiliou J. // ChemCatChem. 2019. V. 11. № 19. P. 4765. https://doi.org/10.1002/cctc.201901108
  21. Martínez-Munuera J.C., Javier G.M., Yeste M.P. et al. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 575. P. 151717. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151717

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Structure of the initial CeO2 powder: bright-field TEM image of a single-crystal particle (a), TP TEM image of a polycrystalline particle (b), energy-dispersive spectrum (c).

Baixar (215KB)
Metadados
3. Fig. 2. SEM images of the initial powders: CeO2 (a), dendritic copper Cu(M) obtained by the electrochemical method (b), copper Cu(N) obtained by the levitation-jet method (c).

Baixar (177KB)
Metadados
4. Fig. 3. Microstructure of Cu(N) powder particles: particle chains (a), HRTEM image of the core and shell of an individual particle (b), STEM image and distribution maps of copper and oxygen for individual particles (c–d), energy-dispersive spectrum (e).

Baixar (357KB)
Metadados
5. Fig. 4. Temperature dependence of CO conversion: Cu(M)–CeO2 (1), Cu(N)–CeO2 (2).

Baixar (74KB)
Metadados
6. Fig. 5. Structure of CeO2 powder particles after grinding in a ball mill: TP image of general appearance (a), HRTEM image of individual particles (arrows indicate monatomic steps) (b), microelectron diffraction pattern (c).

Baixar (243KB)
Metadados
7. Fig. 6. Structure of the Cu(N)–CeO2 composite after electron beam irradiation for 10 min: HRTEM image (a), EDS mapping (red – copper, green – cerium) (b).

Baixar (261KB)
Metadados
8. Fig. 7. Structure of the Cu(M)–CeO2 composite under electron beam irradiation for 10 min: HRTEM image (a), EDS mapping (red – copper, green – cerium) (b).

Baixar (282KB)
Metadados
9. Fig. 8. CO-TPR curves for Cu(N)–CeO2 catalysts: 1 – dependence of the mass spectrometer signal intensity (m/e = 44, CO2) on temperature (the MS signal intensity was normalized to the sample mass), 2 – change in sample mass depending on temperature.

Baixar (120KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».