Skip to main content
Erschienen in: Topics in Catalysis 1-2/2008

01.07.2008 | Original Paper

Ceria-based Catalysts for the Production of H2 Through the Water-gas-shift Reaction: Time-resolved XRD and XAFS Studies

verfasst von: Xianqin Wang, José A. Rodriguez, Jonathan C. Hanson, Daniel Gamarra, Arturo Martínez-Arias, Marcos Fernández-García

Erschienen in: Topics in Catalysis | Ausgabe 1-2/2008

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Hydrogen is a potential alternate energy source for satisfying many of our energy needs. In this work, we studied H2 production from the water-gas-shift (WGS) reaction over Ce1−x Cu x O2 catalysts, prepared with a novel microemulsion method, using two synchrotron-based techniques: time-resolved X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption fine structure (XAFS). The results are compared with those reported for conventional CuO x /CeO2 and AuO x /CeO2 catalysts obtained through impregnation of ceria. For the fresh Ce1−x Cu x O2 catalysts, the results of XAFS measurements at the Cu K-edge indicate that Cu is in an oxidation state higher than in CuO. Nevertheless, under WGS reaction conditions the Ce1−x Cu x O2 catalysts undergo reduction and the active phase contains very small particles of metallic Cu and CeO2−x . Time-resolved XRD and XAFS results also indicate that Cuδ+ and Auδ+ species present in fresh CuO x /CeO2 and AuO x /CeO2 catalysts do not survive above 200 °C under the WGS conditions. In all these systems, the ceria lattice displayed a significant increase after exposure to CO and a decrease in H2O, indicating that CO reduced ceria while H2O oxidized it. Our data suggest that H2O dissociation occurred on the Ovacancy sites or the Cu–Ovacancy and Au–Ovacancy interfaces. The rate of H2 generation by a Ce0.95Cu0.05O2 catalyst was comparable to that of a 5 wt% CuO x /CeO2 catalyst and much bigger than those of pure ceria or CuO.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
2.
Zurück zum Zitat President’s Hydrogen Initiative, 2003 President’s Hydrogen Initiative, 2003
5.
Zurück zum Zitat Li K, Fu Q, Flytzani-Stephanopoulos M (2000) Appl Catal B: Environ 27(3):179CrossRef Li K, Fu Q, Flytzani-Stephanopoulos M (2000) Appl Catal B: Environ 27(3):179CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Koryabkina NA, Phatak AA, Ruettinger WF, Farrauto RJ, Ribeiro FH (2003) J Catal 217:233 Koryabkina NA, Phatak AA, Ruettinger WF, Farrauto RJ, Ribeiro FH (2003) J Catal 217:233
7.
8.
9.
Zurück zum Zitat Jacobs G, Chenu E, Patterson PM, Williams L, Sparks D, Thomas G, Davis BH (2004) Appl Catal A: Gen 258:203CrossRef Jacobs G, Chenu E, Patterson PM, Williams L, Sparks D, Thomas G, Davis BH (2004) Appl Catal A: Gen 258:203CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Fernández-García M, Martínez-Arias A, Guerrero-Ruiz A, Conesa JC, Soria J (2002) J Catal 211:326CrossRef Fernández-García M, Martínez-Arias A, Guerrero-Ruiz A, Conesa JC, Soria J (2002) J Catal 211:326CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Iglesias-Juez A, Hungría AB, Gálvez O, Fernández-García M, Martínez-Arias A, Guerrero-Ruiz A, Conesa JC, Soria J (2001) Stud Surf Sci Catal 138:347CrossRef Iglesias-Juez A, Hungría AB, Gálvez O, Fernández-García M, Martínez-Arias A, Guerrero-Ruiz A, Conesa JC, Soria J (2001) Stud Surf Sci Catal 138:347CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Fernández-García M, Martínez-Arias A, Hungría AB, Iglesias-Juez A, Conesa JC, Soria J (2002) Phys Chem Chem Phys 4:2473CrossRef Fernández-García M, Martínez-Arias A, Hungría AB, Iglesias-Juez A, Conesa JC, Soria J (2002) Phys Chem Chem Phys 4:2473CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Hungria AB, Martínez-Arias A, Fernández-García M, Iglesias-Juez A, Guerrero-Ruiz A, Calvino J, Conesa JC, Soria J (2003) Chem Mater 15:4309CrossRef Hungria AB, Martínez-Arias A, Fernández-García M, Iglesias-Juez A, Guerrero-Ruiz A, Calvino J, Conesa JC, Soria J (2003) Chem Mater 15:4309CrossRef
14.
15.
Zurück zum Zitat Zheng X, Zhang X, Wang X, Wang S, Wu S (2005) Appl Catal A: Gen 295:142CrossRef Zheng X, Zhang X, Wang X, Wang S, Wu S (2005) Appl Catal A: Gen 295:142CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Zhang SM, Huang WP, Qiu XH, Li QB, Zheng XC, Wu SH (2002) Catal Lett 80:41CrossRef Zhang SM, Huang WP, Qiu XH, Li QB, Zheng XC, Wu SH (2002) Catal Lett 80:41CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Martínez-Arias A, Fernández-García M, Soria J, Conesa JC (1999) J Catal 182:367CrossRef Martínez-Arias A, Fernández-García M, Soria J, Conesa JC (1999) J Catal 182:367CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Gamarra D, Martínez-Arias A, Fernández-García M (2005) J Phys Chem B 109:19595CrossRef Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Gamarra D, Martínez-Arias A, Fernández-García M (2005) J Phys Chem B 109:19595CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Wang XQ, Hanson JC, Frenkel AI, Kim J-Y, Rodriguez JA (2004) J Phys Chem B 108:13667CrossRef Wang XQ, Hanson JC, Frenkel AI, Kim J-Y, Rodriguez JA (2004) J Phys Chem B 108:13667CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Kim JY, Rodriguez JA, Hanson JC, Frenkel AI, Lee PL (2003) J Am Chem Soc 125:10684CrossRef Kim JY, Rodriguez JA, Hanson JC, Frenkel AI, Lee PL (2003) J Am Chem Soc 125:10684CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Newville M, Ravel B, Haskel D, Rehr JJ, Stern EA, Yacoby Y (1995) Physica B 208–209:154CrossRef Newville M, Ravel B, Haskel D, Rehr JJ, Stern EA, Yacoby Y (1995) Physica B 208–209:154CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Sayers DE, Bunker BA (1988) In: Koningsberger DC, Prins R (eds) X-ray absorption: principles, applications, techniques of EXAFS, SEXAFS, and XANES. Wiley, New York, p 211 Sayers DE, Bunker BA (1988) In: Koningsberger DC, Prins R (eds) X-ray absorption: principles, applications, techniques of EXAFS, SEXAFS, and XANES. Wiley, New York, p 211
27.
Zurück zum Zitat PDF #34-0394 (1993) JCPDS powder diffraction file, Int. Center for Diffraction Data, Swarthmore, PA PDF #34-0394 (1993) JCPDS powder diffraction file, Int. Center for Diffraction Data, Swarthmore, PA
28.
Zurück zum Zitat Kau L-S, Solomon DJ, Penner-Haln JE, Hodgson KO, Solomon EI (1987) J Am Chem Soc 109:6433CrossRef Kau L-S, Solomon DJ, Penner-Haln JE, Hodgson KO, Solomon EI (1987) J Am Chem Soc 109:6433CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Skårman B, Grandjean D, Benfield RE, Hinz A, Andersson A, Wallenberg LR (2002) J Catal 211:119 and references therein Skårman B, Grandjean D, Benfield RE, Hinz A, Andersson A, Wallenberg LR (2002) J Catal 211:119 and references therein
30.
Zurück zum Zitat Ma XD, Yokoyama T, Hozumi T, Hashimoto K, Ohkoshi S (2005) Phys Rev B 72:Art. No. 094107 Ma XD, Yokoyama T, Hozumi T, Hashimoto K, Ohkoshi S (2005) Phys Rev B 72:Art. No. 094107
31.
34.
37.
38.
Zurück zum Zitat Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Pérez M, Evans J (2005) J Chem Phys 123:221101CrossRef Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Pérez M, Evans J (2005) J Chem Phys 123:221101CrossRef
39.
Zurück zum Zitat Schwartz V, Mullins DR, Yan W, Chen B, Dai S, Overbury SH (2004) J Phys Chem B 108:15782CrossRef Schwartz V, Mullins DR, Yan W, Chen B, Dai S, Overbury SH (2004) J Phys Chem B 108:15782CrossRef
40.
Zurück zum Zitat Jacobs G, Ricote S, Patterson PM, Graham UM, Dozier A, Khalid S, Rhodus E, Davis BH (2005) Appl Catal A: Gen 292:229CrossRef Jacobs G, Ricote S, Patterson PM, Graham UM, Dozier A, Khalid S, Rhodus E, Davis BH (2005) Appl Catal A: Gen 292:229CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Tibiletti D, Amieiro-Fonseca A, Burch R, Chen Y, Fisher JM, Goguet A, Hardacre C, Hu P, Thompsett D (2005) J Phys Chem B 109:22553CrossRef Tibiletti D, Amieiro-Fonseca A, Burch R, Chen Y, Fisher JM, Goguet A, Hardacre C, Hu P, Thompsett D (2005) J Phys Chem B 109:22553CrossRef
42.
Zurück zum Zitat Rodriguez JA, Pérez M, Evans J, Liu G, Hrbek J (2005) J Chem Phys 122:Art. No. 241101 Rodriguez JA, Pérez M, Evans J, Liu G, Hrbek J (2005) J Chem Phys 122:Art. No. 241101
43.
Zurück zum Zitat Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Gamarra D, Martínez-Arias A, Fernández-García M (2006) J Phys Chem B 110:428CrossRef Wang XQ, Rodriguez JA, Hanson JC, Gamarra D, Martínez-Arias A, Fernández-García M (2006) J Phys Chem B 110:428CrossRef
44.
Zurück zum Zitat Rodriguez JA, Liu P, Hrbek J, Evans J, Perez M (2007) Angew Chem Int Ed 46:1329 Rodriguez JA, Liu P, Hrbek J, Evans J, Perez M (2007) Angew Chem Int Ed 46:1329
Metadaten
Titel
Ceria-based Catalysts for the Production of H2 Through the Water-gas-shift Reaction: Time-resolved XRD and XAFS Studies
verfasst von
Xianqin Wang
José A. Rodriguez
Jonathan C. Hanson
Daniel Gamarra
Arturo Martínez-Arias
Marcos Fernández-García
Publikationsdatum
01.07.2008
Verlag
Springer US
Erschienen in
Topics in Catalysis / Ausgabe 1-2/2008
Print ISSN: 1022-5528
Elektronische ISSN: 1572-9028
DOI
https://doi.org/10.1007/s11244-008-9071-6

Weitere Artikel der Ausgabe 1-2/2008

Topics in Catalysis 1-2/2008 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.