Improving the Catalytic Performance of Cobalt for CO Preferential Oxidation by Stabilizing the Active Phase through Vanadium Promotion

Autor: Spyridon Zafeiratos, Walid Baaziz, Michael Haevecker, Detre Teschner, Mathias Barreau, Luca Braglia, Liping Zhong, Elisa Borfecchia, Vasiliki Papaefthimiou, Valérie Caps
Přispěvatelé: Institut de chimie et procédés pour l'énergie, l'environnement et la santé (ICPEES), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI-CEC), Max-Planck-Gesellschaft, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), Università degli studi di Torino (UNITO), Laboratorio TASC (IOM CNR), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Università degli studi di Torino = University of Turin (UNITO), CAPS, Valérie
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: ACS Catalysis
ACS Catalysis, American Chemical Society, 2021, 11 (9), pp.5369-5385. ⟨10.1021/acscatal.0c05482⟩
ACS Catalysis, 2021, 11 (9), pp.5369-5385. ⟨10.1021/acscatal.0c05482⟩
ISSN: 2155-5435
DOI: 10.1021/acscatal.0c05482
Popis: Preferential oxidation of CO (COPrOx) is a catalytic reaction targeting the removal of trace amounts of CO from hydrogen-rich gas mixtures. Non-noble metal catalysts, such as Cu and Co, can be equally active to Pt for the reaction; however, their commercialization is limited by their poor stability. We have recently shown that CoO is the most active state of cobalt for COPrOx, but under certain reaction conditions, it is readily oxidized to Co3O4 and deactivates. Here, we report a simple method to stabilize the Co2+ state by vanadium addition. The V-promoted cobalt catalyst exhibits considerably higher activity and stability than pure cobalt. The nature of the catalytic active sites during COPrOx was established by operando NAP-XPS and NEXAFS, while the stability of the Co2+ state on the surface was verified by in situ NEXAFS at 1 bar pressure. The active phase consists of an ultra-thin cobalt-vanadate surface layer, containing tetrahedral V5+ and octahedral Co2+ cations, with an electronic and geometric structure that is deviating from the standard mixed bulk oxides. In addition, V addition helps to maintain the population of Co2+ species involved in the reaction, inhibiting carbonate species formation that are responsible for the deactivation. The promoting effect of V is discussed in terms of enhancement of CoO redox stability on the surface induced by electronic and structural modifications. These results demonstrate that V-promoted cobalt is a promising COPrOx catalyst and validate the application of in situ spectroscopy to provide the concept for designing better performing catalysts.
Databáze: OpenAIRE
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