Boosting Methane Combustion over Pd/Y2O3–ZrO2 Catalyst by Inert Silicate Patches Tuning Both Palladium Chemistry and Support Hydrophobicity

钯 催化作用 吸附 甲烷 无机化学 材料科学 催化燃烧 硅酸盐 化学工程 惰性 惰性气体 化学 有机化学 工程类 复合材料
作者
Yang Wu,Wenhu Yang,Hailong Zhang,Haidi Xu,Yi Jiao,Lin Zhong,Jianli Wang,Yaoqiang Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (38): 44887-44898 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.3c08087
摘要

Supported palladium (Pd) catalysts are widely utilized to reduce the emission of exhaust CH4 from lean-burn engines by catalytic combustion. A large amount of water vapor in the exhaust makes hydroxyls accumulate on the catalyst surface at temperatures below 450 °C, leading to severe catalyst deactivation. Tuning palladium chemistry and inhibiting water adsorption are critical to developing active catalysts. Modifying the support surface with inert silicates would both change the palladium-support interaction and decrease water adsorption sites. This study reports an improved Pd/Y2O3-ZrO2 catalyst by constructing silicate patches on yttria-stabilized zirconia (Y2O3-ZrO2) support. The silicates hindered electron transfer from Y2O3-ZrO2 oxygen vacancies to palladium, which optimized palladium chemistry, especially the reducibility of active PdO species, and thereby boosted CH4 conversion under dry conditions. The temperature of 90% methane conversion (T90) over the catalyst decreased from 386 to 309 °C. Moreover, the inert silicates decreased surface oxygen vacancies of Y2O3-ZrO2 to improve support hydrophobicity, thereby inhibiting hydroxyl accumulation. The poisoning effect of water on the active sites located on the palladium-silicate interface was alleviated. When reaction gases contained 10 vol % water, the silicate-modified catalyst still showed higher activity with T90 of 404 °C, which is lower than T90 of 452 °C for unmodified catalyst. This work represents a step forward in preparing high-performance palladium catalysts for low-temperature wet methane combustion.
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