Gas-phase surface modification to control catalyst structure and yields in methane dehydroaromatization

催化作用 沸石 焦炭 甲烷 化学工程 钝化 化学 拉曼光谱 原子层沉积 X射线光电子能谱 材料科学 无机化学 图层(电子) 有机化学 物理 光学 工程类
作者
Jordy Ramos-Yataco,Xinrui Zhang,Selim Alayoǧlu,Hien N. Pham,Abhaya K. Datye,Tobin J. Marks,Justin M. Notestein
出处
期刊:Microporous and Mesoporous Materials [Elsevier]
卷期号:377: 113227-113227
标识
DOI:10.1016/j.micromeso.2024.113227
摘要

Methane dehydroaromatization (MDA) is a promising approach for direct methane transformation to aromatics and hydrogen. The benchmark catalyst Mo/H-ZSM-5 struggles to find commercial adoption because of thermodynamically-limited yields and rapid coking on Brønsted acid and molybdenum carbide species, especially on zeolite external surfaces. Here, gas-phase atomic layer deposition (ALD) overcoats H-ZSM-5 external surfaces with SiO2 or Al2O3. NH3-TPD, HRTEM, and textural properties show that these overcoats exclusively passivate zeolite external surfaces. Under MDA conditions, SiO2 gives softer coke and increases cumulative benzene yields by 25%, while Al2O3 strongly decreases yields. H2-TPR and UV-visible and Raman spectroscopy show how the overcoats redisperse the MoOx precatalysts, especially over multiple deactivation and isothermal oxidative regeneration cycles. Combined with 27Al-MAS NMR, MoOx redistribution and dealumination are seen as the causes of long-term deactivation over multiple regeneration cycles, and this process continues to occur regardless of the overcoat. Overall, the deposition of a small amount of silica on the outer surface of Mo/H-ZSM-5 reduces the formation of hard coke, which could be regenerated by milder methods such as hydrogen treatment.
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