A critical review on deactivation dynamics in methane combustion catalysts: Challenges and innovations for palladium-based systems

催化作用 甲烷 蒸汽重整 硫黄 双金属片 化学 燃烧 甲烷厌氧氧化 氧化还原 多相催化 纳米技术 废物管理 烧结 硫酸盐 工作(物理) 环境科学 材料科学 环境友好型
作者
Abdulazeez Rbed Isa,Jianrong Li,Run Pan,Yong Ren,Chengjun Wang,Xiaolei Fan,Moses M. Solomon,George Zheng Chen,Abubakar Yusuf,John L. Zhou,Jun He
出处
期刊:Catalysis Reviews-science and Engineering [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-56 被引量:5
标识
DOI:10.1080/01614940.2025.2573911
摘要

Palladium-based catalysts are pivotal for catalytic methane combustion, crucial for decarbonization efforts. Yet, industrial use is limited by three critical deactivation mechanisms: water inhibition, thermal sintering, and sulfur poisoning. This review synthesizes mechanistic insights and mitigation strategies holistically. Water inhibition below 500°C arises from hydroxyl species blocking active Pd sites, reversible via hydrophobic supports (e.g. zeolites) or oxygen- mobile promoters (Ce-Zr oxides) to enhance lattice oxygen mobility. Sintering from PdO agglomeration above 300°C, is countered by core-shell architectures (e.g. Pd-CeOx@SiO₂) and strong metal-support interactions with reducible oxides (CeO₂, perovskites). Sulfur poisoning via sulfate formation is mitigated through sulfur-resistant perovskites and dynamic Pd-perovskite frameworks that prevent PdSO₄ accumulation. Key innovations include engineered bimetallic alloys (Pd-Pt) to stabilize active Pd⁰ states, hydrophobic coatings to limit hydroxyl adsorption, and sorbents (CaO) for in situ water removal. Advanced characterization (AP-XPS, DRIFTS) reveals water’s dual role in hydroxylation and sulfur mobility, while regeneration strategies (pulsed redox cycles) extend catalyst lifetimes. By integrating material design, mechanistic understanding, and operational optimization, this work establishes a roadmap for durable Pd-based catalysts, advancing methane utilization in turbines, vehicles, and industrial systems. These breakthroughs address a critical gap in catalysis science, enabling efficient methane abatement to support global emission reduction goals.
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