Promotional Effect of Ni-Co/TiO2 Catalysts on CO2 Hydrogenation

doi:10.7503/cjcu20230308

Abstract

Abstract:

The Ni-Co/TiO₂ catalysts were synthesized via an excess-solution impregnation method and fully characterized XRD， FESEM， EDS， TEM， XPS and N₂ adsorption-desorption tests. In CO₂ hydrogenation reaction for 3 h， Ni-Co/TiO₂ catalyst exhibited a CH₄ production of 84.4 μmol， which was enhanced by 46.3%， compared with Ni/TiO₂. Results of CO₂-TPD and H₂-TPR demonstrated that the introduced Co can facilitate the adsorption and activation of CO₂ molecules to contribute to the CO₂ hydrogenation reaction. In the activity stability tests for 5 cycles， the yield of CH₄ was reduced by 20.5% over Ni/TiO₂， while that over Ni-Co/TiO₂ was only by 10.9%， revealing that the introduced Co can also enhance the catalytic stability for the reaction. This study may provide some guidance for the design and synthesis of high-efficiency catalysts for CO₂ hydrogenation.

Key words: CO₂ hydrogenation reaction, Ni-Co/TiO₂, CO₂ adsorption, CO₂ activation, CH₄

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

WANG Zhaoyu, CHEN Yibin, CHENG Jintian, ZHANG Mingwen. Promotional Effect of Ni-Co/TiO₂ Catalysts on CO₂ Hydrogenation[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230308.

Figures/Tables 12

References 36

1	Yang J. Y.， Shi S. Q.， Peng H. T.， Yang Q. H.， Chen L.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（9）， 20220349
	杨静怡，施思齐，彭怀涛，杨其浩，陈亮. 高等学校化学学报， 2022， 43（9）， 20220349
2	Wang S.， Wang X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55， 2308—2320
3	Wu Y.， Li X.， Yang H. P.， He C. X.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（9）， 20220343
	吴玉，李轩，杨恒攀，何传新. 高等学校化学学报， 2022， 43（9）， 20220343
4	Wang Z.， Jiang M.， Qin J. N.， Zhou H.， Ding Z. X.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2015， 17， 16040—16046
5	Eun C. R.， Kwang Y. K.， Eun H. K.， Hojeong L.， Kwangjin A.， Jae S. L.， ACS Catalysis， 2020， 10（19）， 11318—11345
6	Song Y. J.， Cui X. J.， Deng T. S.， Qin Z. F.， Fan W. B.， J. Fuel Chem. Technol.， 2021， 49， 178—185
7	Sakpal T.， Lefferts L.， J. Catal.， 2018， 367， 171—180
8	Falbo L.， Martinelli M.， Visconti C. G.， Lietti L.， Bassano C.， Deiana P.， Appl. Catal. B： Environ.， 2018， 225， 354—363
9	Wang Y.， Zhao J.， Li Y.， Wang C.， Appl. Catal. B： Environ.， 2018， 226， 544—553
10	Bacariza M. C.， Graça I.， Bebiano S. S.，Kim S. J.， Yun Y. J.， Ko C. H.， Energy Fuels， 2017， 31， 9776—9789
11	Yan Y.， Dai Y. H.， He H.， Yu Y. B.， Yang Y. H.， Appl. Catal. B： Environ.， 2016， 195， 108—116
12	Chen M.， Guo Z. L.， Zheng J.， Jing F. L.， Chu W.， J. Energy Chem.， 2016， 25， 1070—1077
13	Peng G. W.， Sibener S. J.， Schatz G. C.， Sylvia T. C.， Manos M.， J. Phys. Chem. C， 2012， 116， 3001—3006
14	Rahmani S.， Rezaei M.， Meshkani F.， J. Ind. Eng. Chem.， 2014， 20， 1346—1352
15	Aziz M. A. A.， Jalil A. A.， Triwahyono S.， Appl. Catal. B： Environ.， 2014， 147， 359—368
16	Hitoshi K.， Kiyomi O.， Hironori A.， Appl. Catal. A， 2001， 207， 85—94
17	Surajit S.， Ajay J.， Pranshu S.， Maskara R.， Das A. K.， J. Environ. Chem. Eng.， 2019， 7， 102911—102917
18	Shu Y.， Ma X. F.， Duan X. L.， Liu D. D.， Wang L.， Niu Q.， Zhang P. F.， Chem. Eng. Sci.， 2022， 261， 117959—117967
19	Deng L. D.， Liu X. C.， Wang R. Q.， Wang C. J.， Zhou G. L.， J. Alloy Comp.， 2022， 918， 165472—165482
20	Guo X. L.， Shang Y.， Liang X. L.， Diao Z. H.，Song G.， Chen D. Y.， Wang S. A.， Kong L. J.， Chem. Eng. J.， 2022， 446， 137220—137228
21	You X. J.， Wang X.， Ma Y. H.， Liu J. J.， Liu W. M.， Xu X. L.， Peng H. G.， Li C. Q.， Zhou W. F.， Yuan P.， Chen X. H.， ChemCatChem， 2014， 6， 3377—3386
22	Ray K.， Sengupta S.， Deo G.， Fuel Process. Technol.， 2017， 156， 195—203
23	He H.， Ma Q. C.， Deng H. Y.， Huang B.， Pu H. P.， Wan X.， Pan X. J.， China Environ. Sci.， 2021， 41（4）， 1689—1696
	何欢，马启程，邓弘宇，黄斌，普红平，万幸，潘学军. 中国环境科学， 2021， 41（4）， 1689—1696
24	Fan F. H.， Zheng R. B.， Guo X. L.， Fang X.， Fu Q.， Liu S.， Acta Scientiae Circumstantiae， 2020， 40（6）， 2220—2228
	范峰华，郑荣波，郭雪莲，方昕，付倩，刘爽. 环境科学学报， 2020， 40（6）， 2220—2228
25	Liu C. H.， Guo X. M.， Zhong C. L.， Li L.， Hua Y. X.， Mao D. S.， Lu G. Z.， Chinese J. Inorg. Chem.， 2016， 32（8）， 1405—1412
	刘超恒，郭晓明，钟成林，李亮，华玉喜，毛东森，卢冠忠. 无机化学学报， 2016， 32（8）， 1405—1412
26	Qiao Q. S.， Zhang S.， Zhou X. Y.， Hu L. B.， Lu H. B.， Tang S. C.， Chinese J. Inorg. Chem.， 2021， 37（8）， 1421—1429
	乔清山，张晟，周晓亚，胡立兵，陆洪彬，唐少春. 无机化学学报， 2021， 37（8）， 1421—1429
27	Xu J. L.， Sun C. F.， Wang Z. Y.， Wang S. B.， Ding Z. X.， Chem. Eur. J.， 2019， 24， 18512—18517
28	Wang S. B.， Ding Z. X.， Wang X. C.， Chem. Commun.， 2015， 51， 1517—1519
29	Li B. F.， Wang W. J.， Zhao J. W.， Wang Z. Y.， Su B.， Hou Y. D.， Ding Z. X.， Ong W. J.， Wang S. B.， J. Mater. Chem. A， 2021， 9， 10270—10276
30	Karelovic A.， Ruiz P.， ACS Catal.， 2013， 3， 2799—2812
31	Bechel R.， Baiker A.， Pratsinis S. E.， Appl. Catal. A， 2014， 477， 93—101
32	Kwak J.， Kovarik L.， Szanyi J.， ACS Catal.， 2013， 3， 2449—2455
33	Wang Z. Y.， Huang L. J.， Su B.， Xu J. L.， Ding Z. X， Wang S. B.， Chem. Eur. J.， 2020， 26， 517—523
34	Sung S. K.， Kwang H. P.， Sung C H.， Fuel Process. Technol.， 2013， 108， 47—54
35	Sung S. K.， Hyun H. L.， Sung C. H.， Appl. Catal. A， 2012， 423/424， 100—107
36	Oni B. A.， Sanni S. E.， Ibegbu A. J.， Appl. Catal. A， 2022， 643， 118784—118796

Catalyst	Ni content（%）	Metal surface area/（m²·g^‒1）	Metal disperation（%）	TOF/min^‒1
Ni/TiO₂	8.96	12.20	1.83	0.06
Ni⁃Co/TiO₂	9.25	21.35	3.21	0.05

Catalyst	Ni content（%）	Metal surface area/（m²·g^‒1）	Metal disperation（%）	TOF/min^‒1
Ni/TiO₂	8.96	12.20	1.83	0.06
Ni⁃Co/TiO₂	9.25	21.35	3.21	0.05

[1]	SONG Yingying, HUANG Lin, LI Qingsen, CHEN Limiao. Preparation of CuO/BiVO₄ Photocatalyst and Research on Carbon Dioxide Reduction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220126.
[2]	WANG Mingzhi, ZHENG Yanping, WENG Weizheng. Catalytic Methane Combustion over CeO₂ Supported PdO and Ce_1‒_x Pd _x O_2‒_δ Species [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210816.
[3]	WANG Yuyao, ZHANG Qiang, YU Jihong. Synthesis of Hierarchical NaX Zeolite and Its CO₂ Adsorption Performance ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(4): 616.
[4]	LIU Jiaqi, TANG Xuan, WU Luogang, YANG Jiangfeng, LI Libo, LI Jinping. Synthesis of Nano-sized SAPO-34 via Concentrated Gel Conversion Method and Its CH₄/N₂ Separation Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2511.
[5]	SHAO Guoquan,ZHU Hui,MA Wei,YAN Pan,MA Jilong. Synthesis of High-performance AlPO₄-14 Zeolite Membranes for Gas Separation ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(11): 2265.
[6]	PENG Fen, HUANG Wei, HAN Tao. Effect of Cu-Co Loading on Catalytic Performance of Cu-Co/TiO₂ Catalysts in Step-wise Conversion of CH₄ and Syngas [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(11): 2587.
[7]	GAO Zhong-Liang, HUANG Wei, YIN Li-Hua, JI Peng, ZHAO Jin-Zhen, LIU Yuan, PENG Fen. Catalytic Performances of Co-Pd/TiO₂ Catalysts Prepared with Mixed Cobalt Salts for Acetic Acid Synthesis from CH₄ and CO₂ by a Step-wise Reaction Sequence [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(01): 158.
[8]	LI Hui-Juan, JIANG Xiao-Yuan, LIN Hui, ZHENG Xiao-Ming. Removal of NO by CH₄ Using CuO/TiO₂-γ-Al₂O₃ Catalyst in Combination with Plasma [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2008, 29(7): 1393.
[9]	LU Xi¹, WANG Hua-Yang², CAI Zheng-Ting¹*, FENG Da-Cheng¹. Theoretical Study on the Partial Potential Energy Surface and Resonance State for HO+CH₄→H₂O+CH₃System [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2007, 28(10): 1981.
[10]	LI Yan, WANG Yu-He, XU Bo-Qing. Nano-structural Characters of Highly Active and Stable Ni/ZrO₂ Catalyst for CO₂ Reforming of Methane [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2005, 26(7): 1325.
[11]	CHU Wen-Ling, YANG Wei-Shen, LIN Li-Wu. Catalytic Performance of Perovskite Oxide Catalysts for Partial Oxidation of Methane to Syngas [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(9): 1787.
[12]	FU Gang, LÜ Xin, XU Xin, WAN Hui-Lin . The UBI-QEP Study of CO₂ Activation on the Metal Surfaces [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(8): 1570.
[13]	SHI Chuan, CHENG Mo-Jie, QU Zhen-Ping, YANG Xue-Feng, BAO Xin-He. Studies on Selectively Catalytic Reduction of NO_x by Methane over Ag-ZSM-5 Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(4): 628.
[14]	SUN Ren-An, JIN Fei, SUN Yan-Bo, TAO Zhan-Liang, HAN Ke-Li . Theoretical Studies on Mechanism of NH₂(X²B₁) and CH₄ [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(12): 2344.
[15]	WEI Jun-Mei, XU Bo-Qing, SUN Ke-Qiang, LI Jin-Lu, ZHU Qi-Ming . CO₂ Reforming of CH₄ over Ni Supported on Nano-ZrO₂（Ⅱ）── Effect of Catalyst Composition and Reaction Conditions on Catalytic Reactivity [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(11): 2106.

Promotional Effect of Ni-Co/TiO₂ Catalysts on CO₂ Hydrogenation

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