Ceria-supported platinum water gas shift catalysts: composition, structure, reaction mechanism

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Water gas shift is an industrially important reaction included in the process chain for producing pure hydrogen from methane or other hydrocarbon feedstocks. The relevance of the process has increased with the invention of modern fuel cells, which require high-purity hydrogen for power. The need to develop hydrogen infrastructure and, at the same time, the difficulties of transporting this gas have stimulated the search for catalysts that are convenient and effective for hydrogen production and purification in compact mobile units. For water gas shift reaction, noble metal catalysts are considered as possible options. This article presents a review of studies devoted to platinum catalysts supported on ceria and its doped forms for the water gas shift reaction. The influence of the oxide support composition on the catalytic properties of such systems is considered, variants of the reaction mechanism and active site structure are presented, and the results of studies of bimetallic Pt-containing and structured catalysts are summarized.

About the authors

A. M. Gorlova

Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Email: gorlova@catalysis.ru
Acad. Lavrentieva ave. 5, Novosibirsk, 630090 Russia

D. I. Potemkin

Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Acad. Lavrentieva ave. 5, Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. Evro S., Oni B.A., Tomomewo O.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 78. P. 1449.
  2. Kamran M., Turzyński M. // J. Energy Storage. 2024. V. 96. Art. 112601.
  3. Mitrofanov S.V., Kiryanova N.G., Gorlova A.M. // Energies. 2021. V. 14. № 18. Art. 5946.
  4. Sadeq A.M., Homod R.Z., Hussein A.K., Togun H., Mahmoodi A., Isleem H.F., Patil A.R., Moghaddam A.H. // Sci. Total Environ. 2024. V. 939. Art. 173622.
  5. Park E.D., Lee D., Lee H.C. // Catal. Today. 2009. V. 139. № 4. P. 280.
  6. Kourougianni F., Arsalis A., Olympios A.V., Yiasoumas G., Konstantinou C., Papanastasiou P., Georghiou G.E. // Renew. Energy. 2024. V. 231. Art. 120911.
  7. Singh K., Verma T.N., Dwivedi G., Shukla A.K. // Process Saf. Environ. Prot. 2024. V. 190. P. 1067.
  8. Le Valley T.L., Richard A.R., Fan M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 30. P. 16983.
  9. AlHumaidan F.S., Absi Halabi M., Rana M.S., Vinoba M. // Energy Convers. Manag. 2023. V. 283. Art. 116840.
  10. Rouwenhorst K.H.R., Engelmann Y., Van ‘T Veer K., Postma R.S., Bogaerts A., Lefferts L. // Green Chem. 2020. V. 22. № 19. P. 6258.
  11. Ratnasamy C., Wagner J. // Catal. Rev. Sci. Eng. 2009. V. 51. № 3. P. 325.
  12. Baraj E., Ciahotný K., Hlinčík T. // Fuel. 2021. V. 288. Art. 119817.
  13. Pal D.B., Chand R., Upadhyay S.N., Mishra P.K. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2018. V. 93. P. 549.
  14. Burns D.T., Piccardi G., Sabbatini L. // Microchimica Acta. 2008. V. 160. № 1–2. P. 57.
  15. Reddy G.K., Smirniotis P.G. Introduction About WGS Reaction / Water Gas Shift Reaction: Research Developments and Applications. Elsevier B.V., 2015. P. 1.
  16. Shilov V., Potemkin D., Rogozhnikov V., Snytnikov P. // Materials. 2023. V. 16. № 2. Art. 599.
  17. Lee Y.L., Kim K.J., Hong G.R., Roh H.S. // Chem. Eng. J. 2023. V. 458. Art. 141422.
  18. Печенкин А.А., Бадмаев С.Д., Беляев В.Д., Паукштис Е.А., Стонкус О.А., Собянин В.А. // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 5. С. 589.
  19. Zhang H., Sun Z., Hu Y.H. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. V. 149. Art. 111330.
  20. Rönsch S., Schneider J., Matthischke S., Schlüter M., Götz M., Lefebvre J., Prabhakaran P., Bajohr S. // Fuel. 2016. V. 166. P. 276.
  21. Reddy G.K., Smirniotis P.G. Low-Temperature WGS Reaction / Water Gas Shift Reaction: Research Developments and Applications. Elsevier B.V., 2015. P. 47.
  22. Баронская Н.А., Минюкова Т.П., Хасин А.А., Юрьева Т.М., Пармон В.Н. // Успехи химии. 2010. Т. 79. № 11. С. 1112.
  23. Navarro R.M., Peña M.A., Fierro J.L.G. // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 10. P. 3952.
  24. Xue E., O’Keeffe M., Ross J.R.H. // Catal. Today. 1996. V. 30. № 1–3. P. 107.
  25. Chen W.H., Chen C.Y. // Appl. Energy. 2020. V. 258. Art. 114078.
  26. Devaiah D., Reddy L.H., Park S.E., Reddy B.M. // Catal. Rev. Sci. Eng. 2018. V. 60. № 2. P. 177.
  27. Rodriguez J.A., Grinter D.C., Liu Z., Palomino R.M., Senanayake S.D. // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. № 7. P. 1824.
  28. Salaev M.A., Salaeva A.A., Kharlamova T.S., Mamontov G.V. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V. 295. Art. 120286.
  29. Kim Y.T., Park E.D., Lee H.C., Lee D., Lee K.H. // Appl. Catal. B: Environ. 2009. V. 90. № 1. P. 45.
  30. Panagiotopoulou P., Kondarides D.I. // Catal. Today. 2006. V. 112. № 1. P. 49.
  31. Panagiotopoulou P., Kondarides D.I. // J. Catal. 2004. V. 225. № 2. P. 327.
  32. Горлова А.М., Симонов П.А., Стонкус О.А., Пахарукова В.П., Снытников П.В., Потемкин Д.И. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 6. С. 773.
  33. Mendelovici L., Steinberg M. // J. Catal. 1985. V. 96. № 1. P. 285.
  34. Palma V., Ruocco C., Cortese M., Renda S., Meloni E., Festa G., Martino M. // Metals (Basel). 2020. V. 10. № 7. P. 1.
  35. Jacobs G., Chenu E., Patterson P.M., Williams L., Sparks D., Thomas G., Davis B.H. // Appl. Catal. A: Gen. 2004. V. 258. № 2. P. 203.
  36. Jacobs G., Williams L., Graham U., Thomas G.A., Sparks D.E., Davis B.H. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. V. 252. № 1. P. 107.
  37. Reddy G.K., Smirniotis P.G. Mechanism and Kinetics of the WGS Reaction / Water Gas Shift Reaction: Research Developments and Applications. Elsevier B.V., 2015. P. 225.
  38. Shido T., Iwasawa Y. // J. Catal. 1992. V. 136. № 2. P. 493.
  39. Azzam K.G., Babich I.V., Seshan K., Lefferts L. // J. Catal. 2007. V. 251. № 1. P. 153.
  40. Vignatti C.I., Avila M.S., Apesteguía C.R., Garetto T.F. // Catal. Today. 2011. V. 171. № 1. P. 297.
  41. Vecchietti J., Bonivardi A., Xu W., Stacchiola D., Delgado J.J., Calatayud M., Collins S.E. // ACS Catal. 2014. V. 4. № 6. P. 2088.
  42. Kalamaras C.M., Dionysiou D.D., Efstathiou A.M. // ACS Catal. 2012. V. 2. № 12. P. 2729.
  43. Kalamaras C.M., Americanou S., Efstathiou A.M. // J. Catal. 2011. V. 279. № 2. P. 287.
  44. Bunluesin T., Gorte R.J., Graham G.W. // Appl. Catal. B: Environ. 1998. V. 15. № 1–2. P. 107.
  45. Germani G., Schuurman Y. // AlChE Journal. 2006. V. 52. № 5. P. 1806.
  46. Kalamaras C.M., Petallidou K.C., Efstathiou A.M. // Appl. Catal. B: Envirob. 2013. V. 136–137. P. 225.
  47. Aranifard S., Ammal S.C., Heyden A. // J. Catal. 2014. V. 309. P. 314.
  48. Ammal S.C., Heyden A. // ACS Catal. 2019. V. 9. № 9. P. 7721.
  49. Fu Q., Saltsburg H., Flytzani-Stephanopoulos M. // Science. 2003. V. 301. № 5635. P. 935.
  50. Mei Z., Li Y., Fan M., Zhao L., Zhao J. // Chem. Eng. J. 2015. V. 259. P. 293.
  51. Boronin A.I., Slavinskaya E.M., Figueroba A., Stadnichenko A.I., Kardash T.Y., Stonkus O.A., Fedorova E.A., Muravev V.V., Svetlichnyi V.A., Bruix A., Neyman K.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V. 286. Art. 119931.
  52. Gorlova A.M., Panafidin M.A., Shilov V.A., Pakharukova V.P., Snytnikov P.V., Potemkin D.I. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 32. P. 12015.
  53. Yuan K., Guo Y., Lin Q.L., Huang L., Ren J.T., Liu H.C., Yan C.H., Zhang Y.W. // J. Catal. 2021. V. 394. P. 121.
  54. Li Y., Kottwitz M., Vincent J.L., Enright M.J., Liu Z., Zhang L., Huang J., Senanayake S.D., Yang W.C.D., Crozier P.A., Nuzzo R.G., Frenkel A.I. // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 1.
  55. Petallidou K.C., Kalamaras C.M., Efstathiou A.M. // Catal. Today. 2014. V. 228. P. 183.
  56. Ricote S., Jacobs G., Milling M., Ji Y., Patterson P.M., Davis B.H. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 303. № 1. P. 35.
  57. Liu X., Ruettinger W., Xu X., Farrauto R. // Appl. Catal. B: Environ. 2005. V. 56. № 1–2. P. 69.
  58. Fu Q., Deng W., Saltsburg H., Flytzani-Stephanopoulos M. // Appl. Catal. B: Environ. 2005. V. 56. № 1–2. P. 57.
  59. Duarte de Farias A.M., Nguyen-Thanh D., Fraga M.A. // Appl. Catal. B: Environ. 2010. V. 93. № 3–4. P. 250.
  60. Panagiotopoulou P., Papavasiliou J., Avgouropoulos G., Ioannides T., Kondarides D.I. // Chem. Eng. J. 2007. V. 134. № 1–3. P. 16.
  61. Горлова А.М., Пахарукова В.П., Стонкус О.А., Рогожников В.Н., Гладкий А.Ю., Снытников П.В., Потемкин Д.И. // Кинетика и катализ. 2023. Т. 64. № 4. С. 447.
  62. Lee K., Knoblauch N., Agrafiotis C., Pein M., Roeb M., Sattler C. // Open Ceramics. 2022. V. 10. Art. 100269.
  63. Yuan K., Sun X.C., Yin H.J., Zhou L., Liu H.C., Yan C.H., Zhang Y.W. // J. Energy Chem. 2022. V. 67. P. 241.
  64. Li S., Deng J., Wang J., Chen Y., Li Y. // J. Rare Earths. 2023. V. 41. I. 12. P. 1969.
  65. Sartoretti E., Novara C., Chiodoni A., Giorgis F., Piumetti M., Bensaid S., Russo N., Fino D. // Catal. Today. 2022. V. 390–391. P. 117.
  66. Andreeva D., Idakiev V., Tabakova T., Ilieva L., Falaras P., Bourlinos A., Travlos A. // Catal. Today. 2002. V. 72. № 1–2. P. 51.
  67. Tabakova T., Ilieva L., Ivanov I., Manzoli M., Zanella R., Petrova P., Kaszkur Z. // J. Rare Earths. 2019. V. 37. № 4. P. 383.
  68. Andreeva D., Ivanov I., Ilieva L., Abrashev M.V., Zanella R., Sobczak J.W., Lisowski W., Kantcheva M., Avdeev G., Petrov K. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 357. № 2. P. 159.
  69. Kaur T., Singh K., Kolte J. // Mater. Today Proc. 2023. V. 80. № 2. P. 937.
  70. Chanapattharapol K.C., Krachuamram S., Kidkhunthod P., Poo-arporn Y. // Solid State Sci. 2020. V. 99. Art. 106066.
  71. Ballauri S., Sartoretti E., Hu M., D’Agostino C., Ge Z., Wu L., Novara C., Giorgis F., Piumetti M., Fino D., Russo N., Bensaid S. // Appl. Catal. B: Environ. 2023. V. 320. Art. 121898.
  72. Shi J., Li H., Genest A., Zhao W., Qi P., Wang T., Rupprechter G. // Appl. Catal. B: Environ. 2022. V. 301. Art. 120789.
  73. Poggio-Fraccari E., Mariño F., Laborde M., Baronetti G. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 460–461. № 3. P. 15.
  74. González-Castaño M., Ivanova S., Centeno M.A., Ioanides T., Arellano-García H., Odriozola J.A. // Int. J. Energy Res. 2021. V. 45. № 9. P. 13978.
  75. Gupta A., Hegde M.S. // Appl. Catal. B: Environ. 2010. V. 99. № 1–2. P. 279.
  76. Mamontov E., Egami T., Brezny R., Koranne M., Tyagi S. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. № 47. P. 11110.
  77. Li J., Liu X., Zhan W., Guo Y., Guo Y., Lu G. // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. № 3. P. 897.
  78. Song L., Zhu L., Li L. // Crystals (Basel). 2018. V. 8. № 7. Art. 261.
  79. Deshpande P.A., Hegde M.S., Madras G. // Appl. Catal. B: Environ. 2010. Vol. 96. № 1–2. P. 83–93.
  80. Choung S.Y., Ferrandon M., Krause T. // Catal. Today. 2005. V. 99. № 3. P. 257.
  81. Radhakrishnan R., Willigan R.R., Dardas Z., Vanderspurt T.H. // Appl. Catal. B: Environ. 2006. V. 66. № 1–2. P. 23.
  82. Konishcheva M.V., Potemkin D.I., Snytnikov P.V., Stonkus O.A., Belyaev V.D., Sobyanin V.A. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 221. P. 413.
  83. Palma V., Martino M., Pisano D., Ciambelli P. // Chem. Eng. Trans. 2016. V. 52. P. 481.
  84. Gorlova A.M., Rogozhnikov V.N., Pechenkin A.A., Nikulina I.E., Potemkin D.I. // Nanobiotechnol. Rep. 2023. Vol. 18. № Suppl. 2. P. S279.
  85. Palma V., Ruocco C., Cortese M., Martino M. // Catalysts. 2019. V. 9. № 12. P. 1.
  86. Konishcheva M.V., Svintsitskiy D.A., Potemkin D.I., Rogozhnikov V.N., Sobyanin V.A., Snytnikov P.V. // ChemistrySelect. 2020. V. 5. № 3. P. 1228.
  87. Wheeler C., Jhalani A., Klein E.J., Tummala S., Schmidt L.D. // J. Catal. 2004. V. 223. № 1. P. 191.
  88. Palma V., Pisano D., Martino M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. № 26. P. 11745.
  89. García-Moncada N., Groppi G., Beretta A., Romero-Sarria F., Odriozola J.A. // Catalysts. 2018. V. 8. № 12. P. 594.

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».