Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences66028910.31857/S0453881123010100KJDHAMARTICLESСТАТЬИThe Impact of Stoichiometry and Method of Synthesis of Powder Cu–Fe–Al Precursor on Stability and Activity of Ceramometals CuFeAlO/CuFeAl in High Temperature WGSRВлияние стехиометрии и способа синтеза порошкообразного прекурсора Cu–Fe–Al на стабильность и активность керамометаллов CuFeAlO/CuFeAl в реакции среднетемпературной паровой конверсии СОTikhovS. F.ТиховС. Ф.tikhov@catalysis.ruValeevK. R.ВалеевК. Р.tikhov@catalysis.ruCherepanovaS. V.ЧерепановаС. В.tikhov@catalysis.ruSalanovA. N.СалановА. Н.tikhov@catalysis.ruSaraevA. A.СараевА. А.tikhov@catalysis.ruKaichevV. V.КаичевВ. В.tikhov@catalysis.ruMinyukovaT. P.МинюковаТ. П.tikhov@catalysis.ruBoreskov Institute of Catalysis SB RASФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН010120236419710822022025Copyright ©; 2023, С.Ф. Тихов, К.Р. Валеев, С.В. Черепанова, А.Н. Саланов, А.А. Сараев, В.В. Каичев, Т.П. МинюковаCopyright ©; 2023, С.Ф. Тихов, К.Р. Валеев, С.В. Черепанова, А.Н. Саланов, А.А. Сараев, В.В. Каичев, Т.П. Минюкова2023С.Ф. Тихов, К.Р. Валеев, С.В. Черепанова, А.Н. Саланов, А.А. Сараев, В.В. Каичев, Т.П. МинюковаС.Ф. Тихов, К.Р. Валеев, С.В. Черепанова, А.Н. Саланов, А.А. Сараев, В.В. Каичев, Т.П. Минюковаhttps://journals.eco-vector.com/0453-8811/article/view/660289

Ceramometal catalysts CuFeAlO/CuFeAl, obtained from various powdered Cu–Fe–Al precursors differing in stoichiometry and preparation method, were characterized by physicochemical methods and studied in the water gas shift reaction (CO + H2O ⇌ CO2 + H2). The catalysts are a monolith porous composites, in which metal particles are covered with an oxide shell. The sample Cu : Fe : Al = 45 : 22 : 33, synthesized from powder precursor in two stages was shown to be the most stable. At the first stage the mechanochemical melting of Cu and Fe powders was done. The mechanochemical treatment of obtained product and Al powder was performed at the second stage. This procedure provides the most homogeneous distribution of the components in the precursor. Initial and tested at 400°C ceramometal catalysts were characterized with XRD, SEM and XPS methods. It was revealed that the most active at 350°C catalysts after reductive treatment have Cu1+ and Fe3+ sites. The least active catalysts are completely reduced to Cu0 and partially – to Fe0. It was found that the activity at 330–400°C is determined not only by iron, but also by copper active centers on the surface of the catalysts, or their combined action. Two-stage mechanical activation, apparently, leads to a deeper chemical interaction of the components – Fe and Cu, which provides a higher activity of chromium-free CuFeAl ceramic-metal catalysts.

Керамометаллические катализаторы CuFeAlO/CuFeAl, полученные из различных порошкообразных прекурсоров Cu–Fe–Al, отличающихся стехиометрией и способом приготовления, охарактеризованы физико-химическими методами и исследованы в реакции паровой конверсии СО (СО + + Н2О ⇌ СО2 + Н2). Катализаторы представляют собой единый пористый композит, в котором металлические частицы покрыты оксидной оболочкой. Показано, что наиболее стабилен образец со стехиометрией Cu : Fe : Al = 45 : 22 : 33 ат. %, синтезированный из порошкообразного прекурсора в две стадии. На первой стадии проводили механохимическое сплавление порошков железа и меди, а на второй – механохимическую обработку полученного продукта, смешанного с алюминием. Это позволило обеспечить более равномерное распределение компонентов в прекурсоре. Методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследованы образцы керамометаллических катализаторов до и после реакции при 400°С. Выявлено, что наиболее активные при 350°С катализаторы имеют после обработки в восстановительной среде восстановленные центры Cu1+ и Fe3+. Наименее активные катализаторы восстанавливаются полностью до Cu0 и частично до Fe0. Обнаружено что активность в области температур 330–400°С определяется не только железными, но и медными активными центрами на поверхности катализаторов или их совместным действием. Двухстадийная мехактивация, по-видимому, приводит к более глубокому химическому взаимодействию компонентов – Fe и Cu, что обеспечивает более высокую активность бесхромовых CuFeAl керамометаллических катализаторов.

ceramometal CuFeAlO/CuFeAl catalystsXRDXPSSEMhigh temperature water gas shift reactionкерамометаллические катализаторы CuFeAlO/CuFeAlРФАРФЭССЭМсреднетемпературная паровая конверсия СОИсследования выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования “Национальный центр исследования катализаторов”.Baraj E., Ciahotný K., Hlinčík T. // Fuel. 2021. V. 288. P. 119817.Zhu M., Wachs I.E. // ACS Catal. 2016. V. 6. P. 722.Damma D., Smirniotis P.G. // Curr. Opin. Chem. Eng. 2018. V. 21. P. 103.Хасин А.А., Минюкова Т.П., Демешкина М.П., Баронская Н.А., Плясова Л.М., Кустова Г.Н., Зайковский В.И., Юрьева Т.М. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 6. С. 871.Khassin A.A., Minyukova T.P., Plyasova L.M., Filonenko G.A., Yurieva T.M. / Catalysts Based on the Nanodispersed Metastable Iron Oxyhydroxide, 2-Line Ferrihydrite. Ch. 8 in: Advances in Nanotechnology. V. 2. Eds. Z. Bartul and J. Trenor. Nova Publishers, 2010. P. 347. ISBN: 978-1-60876-199-9.Zhu M., Wachs I.E. // Catal. Today. 2018. V. 311. P. 2.Bao Z., Ding W., Li Q. // Int. J. Hydrog. Eng. 2012. V. 37. I. 1. P. 951.Jeong D.-W., Jha A., Jang W.-J., Han W.-B., Roh H.-S. // Chem. Eng. J. 2015. V. 265. P. 100.Zhu M., Yalçına Ö., Wachs I.E. // Appl. Catal. B: Env. 2018. V. 232. P. 205.Meshkani F., Rezaei M. // Renew. Eng. 2015. V. 74. P. 588.Jeong D.-W., Subramanian V., Shim J.-O., Jang W.-J., Seo Y.-C., Roh H.-S., Gu J.H., Lim Y.T. // Catal. Lett. 2013. V. 143. P. 438.Na H.-S., Jeong D.-W., Jang W.-J., Shim J.-O., Roh H.-S. // Int. J. Hydrog. Eng. 2015. V. 40. I. 36. P. 122 68.Фирсова А.А., Морозова О.С., Воробьева Г.А., Леонов А.В., Кухаренко А.И., Чолах С.О., Курмаев Э.З., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 2. С. 188.Морозова О.С., Фирсова А.А., Тюленин Ю.П., Воробьева Г.А., Леонов А.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 5. С. 741.Краснякова Т.В., Юрчило С.А., Моренко В.В., Носолев И.К., Глазунова Е.В., Хасбулатов С.В., Вербенко И.А., Митченко С.А. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 359.Palma V., Ruocco C., Cortese M., Martino M. // Catalysts. 2019. V. 9. P. 991.Tikhov S.F., Minyukova T.P., Reshetnikov S.I., Valeev K.R., Vernikovskaya N.V., Salanov A.N., Cherepanova S.V., Sadykov V.A. // Chem. Eng. J. 2019. V. 374. P. 405.Tikhov S.F., Minyukova T.P., Valeev K.R., Cherepanova S.V., Salanov A.N., Bakina O.V., Pervikov A., Yakovlev I.V., Lapina O.B., Sadykov V.A. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 19928.Tikhov S.F., Minyukova T.P., Valeev K.R., Cherepanova S.V., Saraev A.A., Kaichev V.V., Aidakov E.E., Smorygo O.L., Vazhnova A.I., Mikutski V.A. // Int. J. Hydr. Energy. 2022.Tikhov S.F., Minyukova T.P., Valeev K.R., Cherepanova S.V., Salanov A.N., Shtertser N.V., Sadykov V.A. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 221. P. 349.Tikhov S.F. Valeev K.R., Cherepanova S.V., Zaikovskii V.I., Salanov A.N., Sadykov V.A., Dudina D.V., Lomovsky O.I., Petrov S.A., Smorygo O.L., Gokhale A. // Materials. 2022. V. 15. I. 6. P. 2087.Kaichev V.V., Chesalov Y.A., Saraev A.A., Tsapina A.M. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 19668.Dudina D.V., Lomovsky O.I., Valeev K.R., Tikhov S.F., Boldyreva N.N., Salanov A.N., Cherepanova S.V., Zaikovskii V.I., Andreev A.S., Lapina O.B., Sadykov V.A. // J. Alloys Comp. 2015. V. 629 P. 343.Fedorov A.V., Saraev A.A., Kremneva A.M., Selivanova A.V., Vorokhta M., Šmíd B., Bulavchenko O.A., Yakovlev V.A., Kaichev V.V. // ChemCatChem 2020. V. 12. № 19. P. 4911.McIntyre N.S., Zetaruk D.G. // Anal. Chem. 1977. V. 49. P. 1521.Hou M., Ma L., Ma H., Yue M. // J. Mater. Sci. 2017. V. 53. P. 1065.Ma L., Ma H., Han D., Qiu M., Guan Y., Hu Y. // Catalysts. 2018. V. 8. P. 415.Ye Y., Wang L., Zhang, S., Zhu Y., Shan F., Tao F. // Chem. Commun. 2013. V. 49. P. 4385.Tikhov S.F., Valeev K.R., Salanov A.N., Cherepanova S.V., Boldyreva N.N., Zaikovskii V.I., Sadykov V.A., Dudina D.V., Lomovsky O.I., Romanenkov V.E., Pyatsyushik E.E. // J. Alloy. Comp. 2018. V. 736. P. 289.Kameoka S., Tanabe T., Tsai A.P. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 375. P. 16.