CeO2 Promoted CuO/MgO-Al2O3 Catalyst with Enhanced Activity and Water-Resistance for CO Oxidation

催化作用 材料科学 化学工程 无机化学 核化学 化学 有机化学 工程类
作者
Kailong Ye,Shaohua Xie,Xing Zhang,Daekun Kim,Jeremia Loukusa,Lu Ma,Steven N. Ehrlich,Fudong Liu
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsestengg.5c00303
摘要

Copper (Cu)-based catalysts have emerged as cost-effective and sustainable alternatives to noble metal systems (e.g., Pt, Pd) for catalytic CO oxidation. However, their practical application is hindered by insufficient low-temperature activity and rapid deactivation under wet conditions containing moisture. To address these challenges, this work introduces CeO2-modified CuO/MgO-Al2O3 (Cu-Ce/MA) catalysts, strategically designed to enhance the catalytic performance and water resistance simultaneously. These catalytic materials were evaluated for CO oxidation under both dry and humid conditions, revealing that CeO2 modification significantly improves the low-temperature activity. Specifically, the optimal catalyst, Cu-30Ce/MA, achieved a 50% CO conversion temperature (T 50) of 151 °C, a marked reduction from 218 °C on Cu/MA reference catalyst. Furthermore, the water resistance improves in a CeO2 content-dependent manner, with higher CeO2 loadings imparting greater stability in humid environments. Detailed characterizations demonstrate that CeO2 promotes the dispersion of CuO and stabilizes Cu sites, while also enhancing the low-temperature reducibility and CO adsorption capacity. Crucially, CeO2 modification suppresses the competitive H2O adsorption, mitigating water-induced deactivation. These synergistic effects collectively rationalize the superior activity and durability of Cu-Ce/MA catalysts. By elucidating the dual role of CeO2 in optimizing Cu-based systems, this study advances the rational design of cost-effective catalysts for real-world CO emission control, particularly under water-rich industrial conditions.
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