Ni-содержащие катализаторы на основе тройных оксидных LaCeY-носителей для процесса углекислотной конверсии метана

Исследованы структура и каталитическая активность в процессе углекислотной конверсии метана (УКМ) катализаторов 10%Ni/LaCeY(n)O_x с различным содержанием иттрия (0,5–10 мол.%). Комплексом физическо-химических методов охарактеризованы фазовый состав образцов носителей и катализаторов, исследовано формирование активной поверхности катализаторов в зависимости от способа введения иттрия. Варьирование содержания иттрия в составе носителя позволило определить оптимальное количество вводимой добавки –1 мол.%, обеспечивающее минимальное изменение начальных конверсий реагентов – метана и СО₂ – и соотношения Н₂ /СО при 650 °С в течение 6 ч по сравнению с немодифицированным катализатором. С увеличением количества модификатора до 10 мол.% растет скорость дезактивации, что обусловлено более интенсивным углеотложением и образованием форм инкапсулирующего углерода (аморфный углерод и углерод с луковичной структурой). В образце Ni/LaCeY(1)O_x с наибольшей стабильностью в условиях УКМ преобладают многостенные углеродные нанотрубки с незачехленными торцевыми наночастицами Ni.

1. Бузилло Э., Савченко В.И., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 6. С. 820 – 826. DOI: 10.31857/S0028242121060071.

2. Le Saché E., Reina T.R. // Prog. Energy Combust. Sci. 2022. V. 89. P. 100970. DOI: 10.1016/j.pecs.2021.100970.

3. Недоливко В.В., Засыпалов Г.О., Вутолкина А.В., Гущин П.А., Винокуров В.А., Куликов Л.А., Егазарьянц С.В., Караханов Э.А., Максимов А.Л., Глотов А.П. // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 6. С. 763 – 787. DOI: 10.31857/S0044461820060018.

4. Aziz M.A.A., Setiabudi H.D., Teh L.P., Annuar N.H.R., Jalil A.A. // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2019. V. 101. P. 139 – 158. DOI: 10.1016/j.jtice.2019.04.047.

5. Kuckshinrichs W., Leitner W., Linssen J., Zapp P., Bongartz R., Schreibera A., Muller T.E. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 7281.

6. Rosli S.N.A., Abidin S.Z., Osazuwa O.U., Fan X., Jiao Y. // J. CO2 Util. 2022. V. 63. P. 102109. DOI: DOI: 10.1016/j.jcou.2022.102109

7. Jang W.J., Shim J.O., Kim H.M., Yoo S.Y., Roh H.S. // Catal. Today. 2019. V. 324, P. 15 – 26. DOI: 10.1016/j.cattod.2018.07.032.

8. Грабченко М.В., Дорофеева Н.В., Лапин И.Н., Ла Парола В., Лиотта Л.Ф., Водянкина О.В. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62, № 6, С. 1 – 15. DOI: 10.31857/S045388112106006X.

9. Дорофеева Н.В., Харламова Т.С., Ла Парола В., Лиотта Л.Ф., Водянкина О.В. // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2022. Т. 505. С. 83‒96. DOI: 10.31857/S268695352260043X.

10. Bahari M.B., Setiabudi H.D., Nguyen T.D., Phuong P.T.T., Truong Q.D., Jalil A.A., Ainirazali N., Vo D.N. // Chem. Eng. Sci. 2020. V. 228. P. 115967. DOI: 10.1016/j.ces.2020.115967.

11. Świrk K., Rønning M., Motak M., Beaunier P., Costa P.D., Grzybek T. // Catalysts. 2019. V. 9. №. 1. P. 56. DOI:10.3390/catal9010056.

12. Da Costa S.K., Summa P., Gopakumar J., van Valen Y., Da Costa P., Rønning M. // Energy Fuels. 2023. V. 37. № 23. Р. 18952 – 18967. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c02994.

13. Putanenko P.K., Dorofeeva N.V., Kharlamova T.S., Grabchenko M.V., Kulinich S.A., Vodyankina O.V. // Materials. 2023. V. 16. №. 24. P. 7701. DOI: 10.3390/ma16247701.

14. Pino L., Italiano C., Vita A., Lagana M., Recupero V. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. Vol. 218. P. 779 – 792. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.06.080.

15. Luisetto I., Tuti S., Romano C., Boaro M., Di Bartolomeo E. // J. CO2 Util. 2019. V. 30. P. 63 – 78. DOI: 10.1016/j.jcou.2019.01.006.

16. Wang J.B., Tai Y., Dow W., Huang T. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 218. № 1 – 2. P. 69 – 79. DOI: 10.1016/S0926-860X(01)00620-2.

17. Grabchenko M.V., Pantaleo G., Puleo F., Kharlamova T.S., Zaikovskii V.I., Vodyankina O.V., Liotta L.F. // Catal. Today. 2021. V. 382. P. 71 – 81. DOI: 10.1016/j.cattod.2021.07.012.

18. Sagar T.V., Sreelatha N., Hanmant G., Surendar M., Lingaiah N., Rama Rao K.S., Satyanarayana C.V.V., Reddy I.A.K., Sai Prasad P.S. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 50226 – 50232. DOI: 10.1039/C4RA07098D.

19. Blanchard J., Nsungui A.J., Abatzoglou N., Gitzhofer F. // Can. J. Chem. Eng. 2007. V. 85. №. 6. P. 889 – 899. DOI: 10.1002/cjce.5450850610.

20. Li B., Su W., Wang X., Wang X. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. №. 33. P. 14732 – 14746. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.06.219.

21. Li J.F., Xia C., Au C.T., Liu B.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. №. 21. P. 10927 – 10940. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.05.021.

22. Taherian Z., Yousefpour M., Tajally M., Khoshandam B. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. №. 26. P. 16408 – 16420. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.05.095.

23. Liu H., He D. // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. №. 22. P. 14447 – 14454. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.08.025.

24. Liu H., Wu H., He D. // Fuel Process. Technol. 2014. V. 119. P. 81 – 86. DOI: 10.1016/j.fuproc.2013.11.001.

25. Xie Y., Xie F., Wang L., Peng Y., Ma D., Zhu L., Zhou G., Wang X., Zhang G. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. №. 56. P. 31494 – 31506. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.202.

26. Al-Fatesh A.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. №. 30. P. 18805 – 18816. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.06.165.

27. Chen Z., Mao L., Fang X., Xu X., Xu J., Wang X. // Catalysts. 2023. V. 13. №. 2. P. 430. DOI: 10.3390/catal13020430.

28. Zhang M., Zhou X., Li C., Yi W., Gao Q., Zhang J., Zhang Q., Han Y. // Fuel. 2023. V. 340. P. 127543. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.127543.

29. Zhang M., Zhang J., Zhang Q., Han Y. // Appl. Catal. A: Gen. 2022. V. 639. P. 118639. DOI: 10.1016/j.apcata.2022.118639.

30. Fakeeha A.H., Acharya K., Ibrahim A.A., Almutairi G., Abu-Dahrieh J.K., Abasaeed A.E., Kumar R., Al-Fatesh A.S. // Energy Sci. Eng. 2023. V. 11. № 11. P. 4366 – 4380. DOI: 10.1002/ese3.1586.

31. Shannon R.D., Prewitt C.T. // Acta Cryst. B. 1969. V. 25. P. 925 – 946. DOI: 10.1107/S0567740869003220.

32. Asencios Y.J.O., Rodella C.B., Assaf E.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2013. V. 132 – 133. P. 1 – 12. DOI: 10.1016/j.apcatb.2012.10.032.

33. Asencios Y.J.O., Assaf E.M. // Int. J. Chem. Eng. 2018. V. 2018. ID 9487486. DOI: 10.1155/2018/9487486.

34. Chandekar K.V., Shkir M., Khan A., Sayed M.A., Alotaibi N., Alshahrani T., Algarni H., AlFaify S. // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 15. P. 2584 – 2600. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.09.072.

35. Xie Y., Chen J., Wu X., Wen J., Zhao R., Li Z., Tian G., Zhang Q., Ning P., Hao J. // ACS Catal. 2022. V. 12. № 17. P. 10587 – 10602. DOI: 10.1021/acscatal.2c02535.

36. Poggio‐Fraccari E., Rozenblit A., Mariño F. // Eur. J. Inorg. Chem. 2018. V. 2018. №. 24. P. 2865 – 2873. DOI: 10.1002/ejic.201800048.

37. Schweke D., Zalkind S., Attia S., Bloch J. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 18. P. 9947 – 9957. DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b01299.

38. Zhang B., Li D., Wang X. // Catal. Today. 2010. V. 158. P. 348 – 353. DOI: 10.1016/j.cattod.2010.04.019.

39. Bernal S., Blanco G., Cauqui M.A., Cifredo G.A., Pintado J.M., Rodriguez-Izquierdo J.M. // Catal. Letters. 1998. V. 53. P. 51 – 57. DOI: 10.1023/A:1019005922456.

40. Lehman J.H., Terrones M., Mansfield E., Hurst K.E., Meunier V. // Carbon. 2011. V. 49. №. 8. P. 2581 – 2602. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.03.028.

41. Suarez S., Lasserre F., Prat O., Mücklich F. // Phys. Status Solidi A. 2014. V. 211. №. 7. P. 1555 – 1561. DOI: 10.1002/pssa.201431018.

42. Szybowicz M., Nowicka A.B., Dychalska A. Characterization of Nanomaterials. Woodhead Publishing, 2018. P. 1 – 36. DOI: 10.1016/b978-0-08-101973-3.00001-8.

43. Zeiger M., Jӓckel M., Mochalin V.N., Presser V. // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. №. 9. P. 3172 – 3196. DOI: 10.1039/c5ta08295a.

44. Zhao X., Ando Y., Qin L.-C., Kataura H., Maniwa Y., Saito, R. // Appl. Phys. Letters. 2002. V. 81. № 14. P. 2550 – 2552. DOI: 10.1063/1.1502196.

45. Лугвищук Д.С., Караева А.Р., Казеннов Н.В., Митберг Э.Б., Мордкович В.З. // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». 2021. Т. 64. № 12. С. 41 – 47. DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.3y.

46. Lugvishchuk D.S., Mordkovich V.Z., Mitberg E.B., Karaeva A.R., Kulnitskiy B.A., Kirichenko A.N., Polyakov S.N. // Fuller. Nanotub. Car. N. 2020. V. 28. № 4. P. 250 – 255. DOI: 10.1080/1536383X.2019.1697681.

47. Shoji S., Peng X., Imai T., Kumar P.S.M., Higuchi K., Yamamoto Y., Tokunaga T., Arai S., Ueda S., Hashimoto A., Tsubaki N., Miyauchi M., Fujita T., Abe H. // Chem. Sci. 2019. V. 10. №. 13. P. 3701 – 3705. DOI: https://doi.org/10.1039/C8SC04965C.