Synthesis, characterization, and catalytic evaluation of Co 3 O 4 /γ-Al 2 O 3 as methane combustion catalysts: Significance of Co species and the redox cycle

催化作用 氧化还原 化学 X射线光电子能谱 甲烷 初湿浸渍 核化学 无机化学 化学工程 有机化学 选择性 工程类
作者
Qing Wang,Yue Peng,Jie Fu,George Z. Kyzas,Shah M. Reduwan Billah,Shuqing An
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:168-169: 42-50 被引量:102
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2014.12.016
摘要

A series of Co3O4/γ-Al2O3 catalysts with different Co3O4 loadings were prepared by incipient wetness impregnation (IWI) and a combination of IWI and subsequent combustion synthesis (CS), and tested for catalytic combustion of CH4. The IWI/CS-X (X = 5, 10, 30 and 50, represented the Co3O4 loading as wt%) samples prepared via IWI/CS method exhibited higher catalytic activity than the IWI-X (X = 5, 10, 30 and 50) ones via IWI method. IWI/CS-30 showed the highest catalytic activity with T10 (10% CH4 conversion) at 300 °C and T100 (complete conversion) at 550 °C. The structure characterization indicated the IWI/CS-X catalysts had a greater surface area with relatively lower Co3O4 crystallization and better Co3O4 dispersion compared with IWI-X samples. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV–vis results revealed that surface Co3+/(Co2+ + Co3+) ratios of the IWI/CS-X samples was relatively higher than those of IWI-X ones. The surface Co3+ of the IWI/CS-X catalysts was easily reduced to Co2+ at 280–330 °C, whereas, only one difficult reduction process of Co3O4 to Co0 was observed at 400–600 °C for all of the IWI-X samples according to hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR) results. Hence, the abundance of surface Co3+, easy and fast redox cycle between Co2+ and Co3+ at low temperatures were the underlying mechanisms for the excellent catalytic performance of IWI/CS-X catalysts in CH4 combustion.
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