Effect of manganese or copper on catalytic properties of CeO2-SiO2 in the preferential oxidation of CO in excess of hydrogen (PROX-СО)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The work is directed to identifying the effect of copper or manganese oxide additives on the catalytic properties of the CeO2–SiO2 (CeSi) system containing silicon dioxide as a textural promoter in the preferential oxidation of carbon monoxide in excess hydrogen (PROX-CO). The CeSi catalyst was prepared by precipitation from salts in the presence of cetyltrimethylammonium bromide template, 5 wt % MnOx/CeSi and 5 wt % CuOх/CeSi were obtained by precipitation of modifiers from salts in the presence of potassium carbonate. The catalytic efficiency in PROX-CO increases in the series CeSi > Mn/CeSi > Cu/CeSi (at 200°C the time-averaged CO conversion values are 5, 19 and 78%, CO2 selectivity values are 100, 65 and 59%). Characterization by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, low-temperature nitrogen adsorption-desorption, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and temperature-programmed reduction with hydrogen demonstrated, that the presence of SiO2 promotes the formation of highly dispersed and easily reduced CuOx clusters in close contact with CeO2 particles, uniformly distributed over CeSi, and containing Cu+ adsorption centers. The Mn/CeSi system is characterized by an uneven distribution of manganese on the surface, a low number of MnOx-CeO2 contacts, and a low reduction ability of MnOx in the low-temperature range (50–100°C).

About the authors

I. Yu. Kaplin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: kaplinigormsu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5091-6290

PhD, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

E. Boltkov

Lomonosov Moscow State University

Email: kaplinigormsu@gmail.com

student, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

L. A. Efimenko

Lomonosov Moscow State University

Email: kaplinigormsu@gmail.com

student, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

E. S. Lokteva

Lomonosov Moscow State University

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

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

O. Ya. Isaikina

Lomonosov Moscow State University

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

PhD, Associate Professor, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

K. I. Maslakov

Lomonosov Moscow State University

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

PhD, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

A. O. Kamaev

Lomonosov Moscow State University

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

Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

E. V. Golubina

Lomonosov Moscow State University

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

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Chemistry Department

Russian Federation, Leninskie Gory, 1, building 3, Moscow, 119991

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


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».