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

I. A. Ivanin; Иванин И. А.; T. V. Kruchinin; Кручинин Т. В.; O. V. Udalova; Удалова О. В.; M. A. Tedeeva; Тедеева М. А.; M. I. Shilina; Шилина М. И.

doi:10.31857/S0453881123050040

Синергизм каталитического действия меди и церия в окислении CO на модифицированных цеолитах Cu/Ce/ZSM-5

Авторы: Иванин И.А.¹, Кручинин Т.В.¹, Удалова О.В.², Тедеева М.А.¹, Шилина М.И.¹
Учреждения:
1. ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Химический факультет
2. ФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Выпуск: Том 64, № 5 (2023)
Страницы: 631-647
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0453-8811/article/view/140953
DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123050040
EDN: https://elibrary.ru/TTGUWV
ID: 140953

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом пропитки по влагоемкости синтезирована серия моно- и биметаллических медь-цериевых катализаторов на основе цеолита ZSM-5 с различным содержанием алюминия (SiO₂/Al₂O₃ = 30 и 55). Содержание меди составляло 0–4.3 мас. %, содержание церия менялось от 0 до 6 мас. %. Полученные композиты исследованы методами низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), электронной спектроскопии диффузного отражения (ЭСДО), ИК-спектроскопии диффузного отражения адсорбированного CO, а также протестированы в каталитическом окислении CO кислородом. В исследованных системах наблюдается ярко выраженный эффект синергизма меди и церия, обусловленный окислительно-восстановительным взаимодействием между металлами. При повышении доли церия в биметаллических системах (изменении соотношения Сu : Ce от 6 до 1) каталитическая активность композитов монотонно увеличивается. В присутствии наиболее активных катализаторов температура 50% конверсии СО составляет около 100°C. Уменьшение содержания алюминия в цеолите способствует росту каталитической активности. Показано, что ключевую роль в катализе играют ионы Cu⁺, связанные с поверхностью частиц CeO₂.

Ключевые слова

катализ, ZSM-5, медь, церий, окисление CO, синергизм

Список литературы

Hussain I., Jalil A.A., Hamid M.Y.S., Hassan N.S. // Chemosphere. 2021. V. 277. P. 130285.
Dey S., Dhal G. // Mater. Sci. Energy Technol. 2020. V. 3. P. 6.
Freund H.J., Meijer G., Scheffler M., Schlögl R., Wolf M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. № 43. P. 10064.
Nikolaev S.A., Golubina E.V., Shilina M.I. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 208. P. 116.
Liu X., Wang A., Wang X., Mou C.Y., Zhang T. // Chem. Commun. 2008. № 27. P. 3187.
Zhang Y., Cattrall R.W., McKelvie I.D., Kolev S.D. // Gold Bull. 2011. V. 44. № 3. P. 145.
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.
Mukri B.D. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 6. С. 716
Royer S., Duprez D. // ChemCatChem. 2011. V. 3. № 1. P. 24.
Cui X., Liu J., Yan X., Yang Y., Xiong B. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 570. P. 151234.
Kang M., Song M.W., Lee C.H. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. V. 251. № 1. P. 143.
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.
Gao Y., Zhang Z., Li Z., Huang W. // Chin. J. Catal. 2020. V. 41. № 6. P. 1006.
Liu Y., Mao D., Yu J., Zheng Y., Guo X. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. № 24. P. 8383.
Shang H., Zhang X., Xu J., Han Y. // Front. Chem. Sci. Eng. 2017. V. 11. № 4. P. 603.
Li P., Chen X., Li Y., Schwank J. // Catal. Today. 2019. V. 327. P. 90.
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.
Chen Y., Liu Y., Mao D., Yu J., Zheng Y., Guo X., Ma Z. // J. Taiw. Inst. Chem. Eng. 2020. V. 113. P. 16.
Shilina M., Rostovshchikova T., Nikolaev S., Udalova O. // Mat. Chem. Phys. 2019. V. 223. P. 287.
Shilina M., Udalova O., Krotova I., Ivanin I., Boichenko A. // ChemCatChem. 2020. V. 12. P. 2556.
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.)
Яшник С.А., Болтенков В.В., Бабушкин Д.Э., Суровцова Т.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 5. С. 628.
Bin F., Wei X., Li B., Hui K. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 162. P. 282.
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.
Dedecek J., Wichterlowa B. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 10233.
Zecchina A., Bordiga S., Turnes Palomino G., Scarano D., Lamberti C. // J. Phys. Chem. B. 1999. V.103. P. 3833.
Turnes Palomino G., Fisicaro P., Bordiga S., Zecchina A., Giamello E., Lamberti C. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. P. 4064.
Yashnik S.A., Ismagilov Z.R., Anufrienko V.F. // Catal. Today. 2005. V. 110. P. 310.
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.
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.
Markovits M., Jentys A., Tromp M., Sanchez-Sanchez M., Lercher J. // Top. Catal. 2016. V. 59. P. 1554.
Georgiev P.A., Drenchev N., Hadjiivanov K.I., Ollivier J., Unruh T., Albinati A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 26897.
Adeyiga O., Panthi D., Odoh S.O. // Catal. Sci. Technol. 2021. V. 11. P. 5671.
Zhu Z., Lu G., Zhang Z., Guo Y., Guo Y., Wang Y. // ACS Catal. 2013. V. 3. № 6. P. 1154.
Wang T., Liu H., Zhang X., Guo Y., Zhang Y., Wang Y., Sun B. // Fuel Process. Technol. 2017. V. 158. P. 199.
Teterin Y.A., Teterin A.Y., Lebedev A.M., Utkin I.O. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1998. V. 88. P. 275.
Bêche E., Charvin P., Perarnau D., Abanades S., Flamant G. // Surf. Interface Anal. 2008. V. 40. № 3–4. P. 264.
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.
Stevie F.A., Donley C.L. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2020. V. 38. P. 063204.
Biesinger M.C., Lau L.W., Gerson A.R., Smart R.S.C. // Appl. Surf. Sci. 2010. V. 257. № 3. P. 887.
Chikunov A., Yashnik S., Taran O., Kurenkova A., Parmon V. // Catal. Today. 2021. V. 375. P. 458.
Gabrienko A., Yashnik S., Kolganov A., Sheveleva A., Arzumanov S., Fedin M., Tuna F., Stepanov A. // Inorg. Chem. 2020. V. 59. № 3. P. 2037.
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.
Zhang Y., Xue M., Zhou Y., Zhang H., Wang W., Wang Q., Sheng X. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 29410.
Hadjiivanov K., Knözinger H. // J. Catal. 2000. V. 191. № 2. P. 480.
Hadjiivanov K., Vayssilov G. // Adv. Catal. 2002. V. 47. P. 307.
Шилина М.И., Удалова О.В., Невская С.М. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54. № 6. С. 731.
Hadjiivanov K.I., Kantcheva M.M., Klissurski D.G. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996. V. 92. № 22. P. 4595.
Hadjiivanov K., Knözinger H., Milushev A. // Catal. Commun. 2002. V. 3. P. 37.
Davydov A. Molecular spectroscopy of oxide catalyst surfaces. Ed. Sheppard N.T. England: Wiley, 2003. 669 p.
Kim C.W., Kang H.C., Heo N.H., Seff K. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. № 43. P. 24501.
Zhang D., Zhang H., Yan Y. // Korean J. Chem. Eng. 2016. V. 33. № 6. P. 1846.
Hazlett M.J., Mases-Debusk M., Parks II J.E., Allard L.F. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 202. P. 404.
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.
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.