Quench-induced Cu-ZnO catalyst for hydrogen production from methanol steam reforming

催化作用 蒸汽重整 甲醇 选择性 制氢 化学工程 无机化学 化学 材料科学 氢 工业催化剂 催化剂载体 有机化学 工程类
作者
Chenxu Guo,Chenxu Guo,Miao Li,Wenming Guo,Jiawei Xie,Hang Qin,Moyu Liao,Yi Zhang,Pengzhao Gao,Hanning Xiao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:486: 150331-150331 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150331
摘要

Methanol steam reforming (MSR) is considered as a promising approach to provide hydrogen for proton-exchange membrane fuel cells. However, it is challenging to develop effective and durable Cu-based catalysts. Herein, Cu-ZnO catalysts are prepared by facile quenching of ZnO in copper nitrate solution followed by reduction to obtain the desired metal loading and induce the doping of surface metal heteroatoms for producing more vacancies. Catalysts enriched with oxygen vacancies can efficiently activate H2O and rapidly transform C-containing intermediates, resulting in higher methanol conversion and lower CO selectivity. As a result, the quenched optimal catalyst achieves 100 % methanol conversion and 0.05 % CO selectivity at 280 ℃, exhibiting the excellent catalytic performance in MSR reaction. In practical applications, structured catalysts are more attractive for large-scale catalytic reactions owing to the low pressure drop and high utilization efficiency. Therefore, ZnO-Cu3 catalyst is coated on cordierite honeycomb ceramics with 100 % methanol conversion and 0.04 % CO selectivity at 280 ℃. After 100 h of the reaction, the structured catalyst remains ∼ 92.3 % with CO selectivity varying from 0.02 to 0.06 %, demonstrating the good catalytic stability in the long-term experiment. In addition, the evolution of reactants and intermediates on the catalyst surface are briefly described by FTIR spectra. This study offers a novel and efficient approach to obtain highly active and durable catalysts with great potential for industrial-scale preparation and application.
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