Synergistic Effect of Catalytic Action of Copper and Cerium in the Oxidation of CO on Modified Zeolites Cu/Ce/ZSM-5

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A series of mono- and bimetallic copper-cerium catalysts based on ZSM-5 zeolite with different aluminium content (SiO2/Al2O3 = 30 and 55) was synthesised by incipient wetness impregnation. The copper content was 0–4.3 wt %, and cerium loading varied in the range from 0 to 6 wt %. The obtained composites have been investigated by low temperature N2 sorption, XPS, EPR spectroscopy, UV-vis diffuse reflectance spectroscopy, DRIFT spectroscopy of adsorbed CO and tested in the reaction of catalytic oxidation of CO with oxygen. In the systems under study а pronounced synergistic effect of catalytic action of copper and cerium is observed, associated with the redox interaction between the metals. With an increase in the proportion of cerium in bimetallic systems from Сu : Ce = 6 to Сu : Ce = 1, the catalytic activity of the composites grows monotonically. The most active catalysts show 50% CO conversion at temperatures of 90–100°C. Decrease in the aluminium content in the zeolite contributes to higher catalytic activity. It has been shown that Cu+ ions bound to the surface of CeO2 particles play a key role in catalysis.

About the authors

I. A. Ivanin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: ivanin.post@gmail.com
Russia, 119991, Moscow, Leninskie Gory, 1/3

T. V. Kruchinin

Lomonosov Moscow State University

Email: mish@kinet.chem.msu.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninskie Gory, 1/3

O. V. Udalova

Semenov Institute of Chemical Physics RAS

Email: mish@kinet.chem.msu.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygina street, 4

M. A. Tedeeva

Lomonosov Moscow State University

Email: mish@kinet.chem.msu.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninskie Gory, 1/3

M. I. Shilina

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: mish@kinet.chem.msu.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninskie Gory, 1/3

References

  1. Hussain I., Jalil A.A., Hamid M.Y.S., Hassan N.S. // Chemosphere. 2021. V. 277. P. 130285.
  2. Dey S., Dhal G. // Mater. Sci. Energy Technol. 2020. V. 3. P. 6.
  3. Freund H.J., Meijer G., Scheffler M., Schlögl R., Wolf M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. № 43. P. 10064.
  4. Nikolaev S.A., Golubina E.V., Shilina M.I. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 208. P. 116.
  5. Liu X., Wang A., Wang X., Mou C.Y., Zhang T. // Chem. Commun. 2008. № 27. P. 3187.
  6. Zhang Y., Cattrall R.W., McKelvie I.D., Kolev S.D. // Gold Bull. 2011. V. 44. № 3. P. 145.
  7. Ростовщикова Т.Н., Николаев С.А., Кротова И.Н., Маслаков К.И., Удалова О.В., Гуревич С.А., Явсин Д.А., Шилина М.И. // Изв. АН. Сер. хим. 2022. № 6. С. 1179.
  8. Mukri B.D. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 6. С. 716
  9. Royer S., Duprez D. // ChemCatChem. 2011. V. 3. № 1. P. 24.
  10. Cui X., Liu J., Yan X., Yang Y., Xiong B. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 570. P. 151234.
  11. Kang M., Song M.W., Lee C.H. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. V. 251. № 1. P. 143.
  12. Cam T.S., Omarov S.O., Chebanenko M.I., Sklyarova A.S., Nevedomskiy V.N., Popkov V.I. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 4. P. 105373.
  13. Gao Y., Zhang Z., Li Z., Huang W. // Chin. J. Catal. 2020. V. 41. № 6. P. 1006.
  14. Liu Y., Mao D., Yu J., Zheng Y., Guo X. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. № 24. P. 8383.
  15. Shang H., Zhang X., Xu J., Han Y. // Front. Chem. Sci. Eng. 2017. V. 11. № 4. P. 603.
  16. Li P., Chen X., Li Y., Schwank J. // Catal. Today. 2019. V. 327. P. 90.
  17. Lykaki M., Pachatouridou E., Carabineiro S.A.C., Iliopoulou E., Andriopoulou C., Kallithrakas-Kontos N., Boghosian S., Konsolakis M. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 230. P. 18.
  18. Chen Y., Liu Y., Mao D., Yu J., Zheng Y., Guo X., Ma Z. // J. Taiw. Inst. Chem. Eng. 2020. V. 113. P. 16.
  19. Shilina M., Rostovshchikova T., Nikolaev S., Udalova O. // Mat. Chem. Phys. 2019. V. 223. P. 287.
  20. Shilina M., Udalova O., Krotova I., Ivanin I., Boichenko A. // ChemCatChem. 2020. V. 12. P. 2556.
  21. Иванин И.А., Кротова И.Н., Удалова О.В., Занавескин К.Л., Шилина М.И. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 6. С. 757. (Ivanin I.A., Krotova I.N., Udalova O.V., Zanaveskin K.L., Shilina M.I. // Kinetics and Catalysis. 2021. V. 62. № 6. P. 798.)
  22. Яшник С.А., Болтенков В.В., Бабушкин Д.Э., Суровцова Т.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 5. С. 628.
  23. Bin F., Wei X., Li B., Hui K. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 162. P. 282.
  24. Pang L., Fan C., Shao L., Song K., Yi J., Cai X., Wang J., Kang M., Li T. // Chem. Eng. J. 2014. V. 253. P. 394.
  25. Dedecek J., Wichterlowa B. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 10233.
  26. Zecchina A., Bordiga S., Turnes Palomino G., Scarano D., Lamberti C. // J. Phys. Chem. B. 1999. V.103. P. 3833.
  27. Turnes Palomino G., Fisicaro P., Bordiga S., Zecchina A., Giamello E., Lamberti C. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. P. 4064.
  28. Yashnik S.A., Ismagilov Z.R., Anufrienko V.F. // Catal. Today. 2005. V. 110. P. 310.
  29. Ikuno T., Grundner S., Jentys A., Li G., Pidko E., Fulton J., Sanchez-Sanchez M., Lercher J.A. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 8759.
  30. Llabres i Xamena F.X., Fisicaro P., Berlier G., Zecchina A., Turnes Palomino G., Prestipino C., Bordiga S., Giamello E., Lamberti C. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. P. 7036.
  31. Markovits M., Jentys A., Tromp M., Sanchez-Sanchez M., Lercher J. // Top. Catal. 2016. V. 59. P. 1554.
  32. Georgiev P.A., Drenchev N., Hadjiivanov K.I., Ollivier J., Unruh T., Albinati A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 26897.
  33. Adeyiga O., Panthi D., Odoh S.O. // Catal. Sci. Technol. 2021. V. 11. P. 5671.
  34. Zhu Z., Lu G., Zhang Z., Guo Y., Guo Y., Wang Y. // ACS Catal. 2013. V. 3. № 6. P. 1154.
  35. Wang T., Liu H., Zhang X., Guo Y., Zhang Y., Wang Y., Sun B. // Fuel Process. Technol. 2017. V. 158. P. 199.
  36. Teterin Y.A., Teterin A.Y., Lebedev A.M., Utkin I.O. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1998. V. 88. P. 275.
  37. Bêche E., Charvin P., Perarnau D., Abanades S., Flamant G. // Surf. Interface Anal. 2008. V. 40. № 3–4. P. 264.
  38. Boehm H.-P., Knözinger H. Nature and Estimation of Functional Groups on Solid Surfaces / Catalysis: Science and Technology. Eds. Anderson J.R., Boudart, M., Berlin, Heidelberg: Springer, 1983. P. 39.
  39. Stevie F.A., Donley C.L. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2020. V. 38. P. 063204.
  40. Biesinger M.C., Lau L.W., Gerson A.R., Smart R.S.C. // Appl. Surf. Sci. 2010. V. 257. № 3. P. 887.
  41. Chikunov A., Yashnik S., Taran O., Kurenkova A., Parmon V. // Catal. Today. 2021. V. 375. P. 458.
  42. Gabrienko A., Yashnik S., Kolganov A., Sheveleva A., Arzumanov S., Fedin M., Tuna F., Stepanov A. // Inorg. Chem. 2020. V. 59. № 3. P. 2037.
  43. Araújo V.D., Bellido J.D.A., Bernardi M.I.B., Assaf J.M., Assaf E.M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 7. P. 5498.
  44. Zhang Y., Xue M., Zhou Y., Zhang H., Wang W., Wang Q., Sheng X. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 29410.
  45. Hadjiivanov K., Knözinger H. // J. Catal. 2000. V. 191. № 2. P. 480.
  46. Hadjiivanov K., Vayssilov G. // Adv. Catal. 2002. V. 47. P. 307.
  47. Шилина М.И., Удалова О.В., Невская С.М. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54. № 6. С. 731.
  48. Hadjiivanov K.I., Kantcheva M.M., Klissurski D.G. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996. V. 92. № 22. P. 4595.
  49. Hadjiivanov K., Knözinger H., Milushev A. // Catal. Commun. 2002. V. 3. P. 37.
  50. Davydov A. Molecular spectroscopy of oxide catalyst surfaces. Ed. Sheppard N.T. England: Wiley, 2003. 669 p.
  51. Kim C.W., Kang H.C., Heo N.H., Seff K. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. № 43. P. 24501.
  52. Zhang D., Zhang H., Yan Y. // Korean J. Chem. Eng. 2016. V. 33. № 6. P. 1846.
  53. Hazlett M.J., Mases-Debusk M., Parks II J.E., Allard L.F. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 202. P. 404.
  54. Ростовщикова Т.Н., Николаев С.А., Кротова И.Н., Маслаков К.И., Удалова О.В., Гуревич С.А., Явсин Д.А., Шилина М.И. // Изв. АН. Сер. хим. 2022. № 6. С. 1179.
  55. Boronin A.I., Slavinskaya E.M., Figueroba A., Stadnichenko A.I., Kardash T.Yu., Stonkus O.A., Fedorova E.A., Muravev V.V., Svetlichnyi V.A., Bruix A., Neyman K.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V. 286. P. 119931.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (207KB)
3.

Download (243KB)
4.

Download (143KB)
5.

Download (411KB)
6.

Download (184KB)
7.

Download (171KB)
8.

Download (125KB)
9.

Download (247KB)


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».