Роль твердых растворов внедрения в формировании активного компонента нанесенных палладиевых катализаторов для селективного гидрирования ацетилена в этилен

Рассмотрены представления о влиянии процессов адсорбции компонентов реакционной среды на селективное гидрирование ацетилена в этилен под действием нанесенных палладиевых катализаторов. Показана роль твердых растворов внедрения углерода и водорода в палладии, образующихся при контакте катализатора с реакционной средой, на протекание массообменных процессов между поверхностью и подповерхностным слоем активного компонента. Соотношение активационных барьеров для процессов десорбции/адсорбции этилена, которое определяет селективность гидрирования ацетилена, может меняться в зависимости от структуры наночастиц палладия и его электронного состояния. При этом изменения в электронном состоянии влияют на энергию активированной десорбции этилена с частиц палладия, а особенности их строения определяют энергию активированной адсорбции и последующее гидрирование этилена в этан.

1. Николаев С.А., Занавескин Л.Н., Смирнов В.В., Аверьянов В.А., Занавескин К.Л. // Успехи химии. 2009. Т. 78. №. 3. С. 248–265. https://doi.org/10.1070/RC2009v078n03ABEH003893

2. Эллерт О.Г., Цодиков М.В., Николаев С.А., Новоторцев В.М. // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 8. С. 718–732. https://doi.org/10.1070/RC2014v083n08ABEH004432

3. Ravanchi M.T., Sahebdelfar S., Komeili S. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. №. 2. P. 215–237. https://doi.org/10.1515/revce-2016-0036

4. Mc Cue A.J., Anderson J.A. // Front. Chem. Sci. Eng. 2015. V. 9. №. 2. P. 142–153. https://doi.org/10.1007/s11705-015-1516-4

5. Liao F., Lo T.W.B., Tsang S.C.E. // Chem. Cat. Chem. 2015. V. 7. №. 14. P. 1998–2014. https://doi.org/10.1002/cctc.201500245

6. Osswald J., Kovnir K., Armbrüster M., Giedigkeit R., Jentoft R.E., Wild U., Grin Y. Schlögl R. // J. Catal. 2008. V. 258. №. 1. P. 219–227. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2008.06.014

7. Osswald J., Giedigkeit R., Jentoft R.E., Armbrüster M., Girgsdies F., Kovnir K., Ressler T., Grin Y., Schlögl R. // J. Catal. 2008. V. 258. №. 1. P. 210–218. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2008.06.013

8. Kovnir K., Armbrüster M., Teschner D., Venkov T.V., Szentmiklósi L., Jentoft F. C., Knop-Gericke A., Grin Yu., Schlögl R. // Surf. Sci. 2009. V. 603. №. 10-12. P. 1784–1792. https://doi.org/10.1016/j.susc.2008.09.058

9. Kumar N., Ghosh P. // Surf. Sci. 2016. V. 644. P. 69–79. https://doi.org/10.1016/j.susc.2015.09.005

10. Borodziński A., Bond G.C. // Catal. Rev. 2008. V. 50. № 3. P. 379–469. https://doi.org/10.1080/01614940802142102

11. Glyzdova D.V., Afonasenko T.N., Khramov E.V., Leont’eva N.N., Trenikhin M.V., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov A.V. Shlyapin D.A. // Top. Catal. 2020. V. 63. №. 1. P. 139–151. https://doi.org/10.1007/s11244-019-01215-9

12. Al-Ammar A.S., Webb G. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1979. V. 75. P. 1900–1911. https://doi.org/10.1039/F19797501900

13. Borodziński A., Gołȩbiowski A. // Langmuir. 1997. V. 13. №. 5. P. 883–887. https://doi.org/10.1021/la951004y

14. Bos A.N.R., Westerterp K.R. // Chem. Eng. Process. 1993. V. 32. №. 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/0255-2701(93)87001-B

15. Tysoe W.T., Nyberg G.L., Lambert R.M. // J. Phys. Chem. 1986. V. 90. №. 14. P. 3188–3192. https://doi.org/10.1021/j100405a028

16. Stuve E.M., Madix R.J. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. №. 1. P. 105–112. https://doi.org/10.1021/j100247a026

17. Leviness S., Nair V., Weiss A.H., Schay Z., Guczi L. // J. Mol. Catal. 1984. V. 25. Iss. 1-3. P. 131–140. https://doi.org/10.1016/0304-5102(84)80037-1

18. Gigola C.E., Aduriz H.R., Bodnariuk P. // Appl. Catal. 1986. V. 27. №. 1. P. 133–144. https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)81052-0

19. Sa J., Arteaga G.D., Daley R.A., Bernardi J., Anderson J.A. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. №. 34. P. 17090–17095. https://doi.org/10.1021/jp062205l

20. Crespo-Quesada M., Yoon S., Jin M., Prestianni A., Cortese R., Cardenas-Lizana F., Duca D., Weidenkaff A., Kiwi-Minsker L. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. Iss. 2. P. 1101–1107. https://doi.org/10.1021/jp510347r

21. Al-Ammar A.S., Webb G. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1978. V. 74. P. 195–205. https://doi.org/10.1039/F19787400195

22. Al-Ammar A.S., Webb G. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1978. V. 74. P. 657–664. https://doi.org/10.1039/F19787400657

23. D. Hartog A.J., Deng M., Jongerius F., Ponec V. // J. Mol. Cat. 1990. V. 60. №. 1. P. 99–108. https://doi.org/10.1016/0304-5102(90)85071-O

24. Guczi L., La Pierre R.B., Weiss A.H., Biron E. // J. Catal. 1979. V. 60. №. 1. P. 83–92. https://doi.org/10.1016/0021-9517(79)90070-8

25. Margitfalvi J., Guczi L., Weiss A.H. // J. Catal. 1981. V. 72. №. 2. P. 185–198. https://doi.org/10.1016/0021-9517(81)90001-4

26. Margitfalvi J., Guczi L., Weiss A.H. // React. Kinet. Catal. Lett. 1981. V. 15. №. 4. P. 475–479. https://doi.org/10.1007/BF02074152

27. Бальжинимаев Б.С., Паукштис Е.А., Ковалев Е.В. // Кат. в пром. 2019. Т. 19. № 5. С. 334–344. https://doi.org/10.1134/S207005042001002X

28. Horiuti I., Polanyi M. // T. Faraday Soc. 1934. V. 30. P. 1164–1172. https://doi.org/10.1039/TF9343001164

29. Sheth P.A., Neurock M., Smith C.M. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. Iss. 9. P. 2009–2017. https://doi.org/10.1021/jp021342p

30. Bond G.C., Wells P.B. // J. Catal. 1965. V. 4. Iss. 2. P. 211–219. https://doi.org/10.1016/0021-9517(65)90011-4

31. Bond G.C., Wells P.B. // J. Catal. 1966. V. 5. Iss. 1. P. 65–73. https://doi.org/10.1016/S0021-9517(66)80126-4

32. Bond G.C., Wells P.B. // J. Catal. 1966. V. 5. Iss. 3. P. 419–427. https://doi.org/10.1016/S0021-9517(66)80061-1

33. Arnett R.L., Crawford Jr. B.L. // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. Iss. 1. P. 118–126. https://doi.org/10.1063/1.1747428

34. Molero H., Bartlett B.F., Tysoe W.T. // J. Catal. 1999. V. 181. №. 1. P. 49–56. https://doi.org/10.1006/jcat.1998.2294

35. Bond G. C. Catalysis by metals. – Academic Press, 1962.

36. Medlin J.W., Allendorf M.D. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. №. 1. P. 217–223. https://doi.org/10.1021/jp026555t

37. Basaran D., Aleksandrov H.A., Chen Z.X., Zhao Z.J., Rösch N. // J. Mol. Catal A Chem. 2011. V. 344. Iss. 1-2. P. 37–46. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2011.04.019

38. Mittendorfer F., Thomazeau C., Raybaud P., Toulhoat H. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. №. 44. P. 12287–12295. https://doi.org/10.1021/jp035660f

39. Mei D., Sheth P.A., Neurock M., Smith C.M. // J. Catal. 2006. V. 242. Iss. 1. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.05.009

40. Gabasch H., Hayek K., Klötzer B., Knop-Gericke A., Schlögl R. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. №. 10. P. 4947–4952. https://doi.org/10.1021/jp056765g

41. Shaikhutdinov S., Heemeier M., Bäumer M., Lear T., Lennon D., Oldman R.J., Jackson S.D., Freund H.J. // J. Catal. 2001. V. 200. №. 2. P. 330–339. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.3212

42. Moskaleva L.V., Chen Z.X., Aleksandrov H.A., Mohammed A.B., Sun Q., Rösch N. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. №. 6. P. 2512–2520. https://doi.org/10.1021/jp8082562

43. Huang F., Deng Y., Chen Y., Cai X., Peng M., Jia Z., Ren P., Xiao D., Wen X., Wang N., Liu H., Ma D. // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. №. 41. P. 13142–13146. https://doi.org/10.1021/jacs.8b07476

44. Dunphy J.C., Rose M., Behler S., Ogletree D.F., Salmeron M., Sautet P. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. №. 20. P. R12705. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.R12705

45. Ryndin Y.A., Nosova L.V., Boronin A.I., Chuvilin, A.L. // Appl. Catal. 1988. V. 42. №. 1. P. 131–141. https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)80081-0

46. Ryndin Y.A., Stenin M.V., Boronin A.I., Bukhtiyarov V.I., Zaikovskii V.I. // Appl. Catal. 1989. V. 54. №. 1. P. 277–288. https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)82370-2

47. Kim S.K., Kim C., Lee J.H., Kim J., Lee H., Moon S.H. // J. Catal. 2013. V. 306. P. 146–154. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.06.018

48. Chung J., Kim C., Jeong H., Yu T., Binh D.H., Jang J., Lee J., Kim B.M., Lim B. // Chem. Asian J. 2013. V. 8. № 5. P. 919–925. https://doi.org/10.1002/asia.201201166

49. Ярулин А.Э., Креспо-Кесада М.P., Егорова Е.В., Киви-Минскер Л.Л. // Кин. и кат. 2012. Т. 53. №. 2. С. 263–263. https://doi.org/10.1134/S0023158412020152

50. He Y.F., Feng J.T., Du Y.Y., Li D.Q. // ACS Catal. 2012. V. 2. №. 8. P. 1703–1710. https://doi.org/10.1021/cs300224j

51. Gulyaeva Y.K., Kaichev V.V., Zaikovskii V.I., Kovalyov E.V., Suknev A.P., Bal’zhinimaev B.S. // Catal. Today. 2015. V. 245. P. 139–146. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.05.028

52. Glyzdova D.V., Khramov E.V., Smirnova N.S., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov A.V., Trenikhin M.V., Gulyaeva T.I., Vedyagin A.A., Shlyapin D.A., Lavrenov A.V. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 483. P. 730–741. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.215

53. Glyzdova D.V., Afonasenko T.N., Khramov E.V., Leont’eva N.N., Trenikhin M.V., Kremneva A.M., Shlyapin D.A. // Mol. Catal. 2021. V. 511. P. 111717. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2021.111717

54. Studt F., Abild‐Pedersen F., Bligaard T., Sørensen R.Z., Christensen C.H., Nørskov J.K. // Angew. Chem. 2008. V. 120. №. 48. P. 9439–9442. https://doi.org/10.1002/ange.200802844

55. Teschner D., Borsodi J., Wootsch A., Révay Z., Havecker M., Knop-Gericke A., Jackson S.D. Schlogl R. // Science. 2008. V. 320. Iss. 5872. P. 86–89. https://doi.org/10.1126/science.115520

56. Stacchiola D., Tysoe W.T. // Surf. Sci. 2003. V. 540. Iss. 2-3. P. L600–L604. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(03)00848-3

57. Ludwig W., Savara A., Dostert K.H., Schauermann S. // J. Catal. 2011. V. 284. №. 2. P. 148–156. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.10.010

58. Wood J., Alldrick M.J., Winterbottom J.M., Stitt E.H., Bailey S. // Catal. Today. 2007. V. 128. Iss. 1-2. P. 52–62. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.04.016

59. Larsson M., Jansson J., Asplund S. // J. Catal. 1998. V. 178. Iss. 1. P. 49–57. https://doi.org/10.1006/jcat.1998.2128

60. Sárkány A., Horvath A., Beck A. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. V. 229. №. 1-2. P. 117–125 https://doi.org/10.1016/S0926-860X(02)00020-0

61. Kozlov S.M., Yudanov I.V., Aleksandrov H.A., Rösch N. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. №. 46. P. 10955–10963. https://doi.org/10.1039/B916855A

62. Cao Y., Ge X., Li Y., Si R., Sui Z., Zhou J., Duan X., Zhou X. // Engineering. 2021. V. 7. №. 1. P. 103–110. https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.06.023

63. Neyman K.M., Schauermann S. // Angew. Chem. Int. Edit. 2010. V. 49. №. 28. P. 4743–4746. https://doi.org/10.1002/anie.200904688

64. Benavidez A.D., Burton P.D., Nogales J.L., Jenkins A.R., Ivanov S.A., Miller J.T., Karim A.M., Datye A.K. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 482. P. 108–115. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.05.027

65. Teschner D., Révay Z., Borsodi J., Hävecker M., Knop‐Gericke A., Schlögl R., Milroy D., Jackson D., Torres D., Sautet P. // Angew. Chem. 2008. V. 120. №. 48. P. 9414–9418. https://doi.org/10.1002/ange.200802134

66. Sautet P., Cinquini F. // Chem. Cat. Chem. 2010. V. 2. №. 6. P. 636–639. https://doi.org/10.1002/cctc.201000056

67. Yang B., Burch R., Hardacre C., Headdock G., Hu P. //J. Catal. 2013. V. 305. P. 264–276. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.05.027

68. Yang B., Burch R., Hardacre C., Hu P., Hughes P. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. №. 7. P. 3664–3671 https://doi.org/10.1021/jp412255a

69. Yang B., Burch R., Hardacre C., Hu P., Hughes P. // Surf. Sci. 2016. V. 646. P. 45–49. https://doi.org/10.1016/j.susc.2015.07.015

70. Chen T., Foo C., Tsang S.C.E. // Chem. Sci. 2021. V. 12. №. 2. P. 517–532. https://doi.org/10.1039/D0SC06496C

71. Beck M., Ellner M., Mittemeijer E.J. // Acta Mater. 2001. V. 49. №. 6. P. 985-993. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00399-2

72. https://www.fxyz.ru/справочные_данные/свойства_атомов_веществ/радиусы_атомов_элементов/ (дата обращения 05.07.2022)

73. Ellis I.T., Wolf E.H., Jones G., Lo B., Li M.M. J., York A.P., Tsang S.C.E. // Chem. Commun. 2017. V. 53. Iss. 3. P. 601–604. https://doi.org/10.1039/C6CC08404D