Thermo-catalytic methane decomposition over unsupported Fe–Al and Co–Al catalysts for hydrogen and carbon nanostructures production

催化作用 甲烷 X射线光电子能谱 拉曼光谱 碳纤维 氧化钴 材料科学 化学 无机化学 化学工程 有机化学 复合数 工程类 复合材料 生物化学 物理 光学
作者
Eman Abdelfattah,Mshari A. Alotaibi,Abdulrahman I. Alharthi
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:64: 685-694 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.03.306
摘要

The effect of aluminum as a promoter for cobalt and iron catalysts was investigated. The unsupported Fe–Al and Co–Al catalysts were synthesized by co-precipitation, and their catalytic activity in methane decomposition was evaluated. The physiochemical properties of Fe–Al and Co–Al were thoroughly investigated by various techniques such as scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), BET and Raman spectroscopy. Fe–Al has a larger pore surface area than Co–Al and the morphology of the two is different. The Co–Al sample contains cobalt aluminate and cobalt oxide. The Fe–Al sample on the other hand, consists of Fe2O3 (65.4%) and hercynite FeAl2O4 (34.5%). The XPS analysis confirms the presence of the different oxides Fe3+, Fe2+, Co2+, Co3+ and Al2O3 on the surface of the samples. Raman results indicate the cation distribution between tetrahedral and octahedral sites. The Fe–Al catalyst shows a higher catalytic activity for methane conversion (95%), a hydrogen formation rate of 176.10 × 10−5 mol H2 g−1min−1, and no sign of deactivation during 300 min. In contrast, Co–Al deactivated rapidly after ∼30 min. TEM images of spent catalysts show the presence of various forms of deposited carbon: carbon nano-onions (CNOs), multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and bamboo-like carbon nanotubes (BCNTs).
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