Kinetic analysis of supported Ni-catalyzed CO2/CH4 reactions using photoacoustic spectroscopy

文献情報

出版日 2007-09-25
DOI 10.1039/B709102H
インパクトファクター 3.676
著者

Ji-Woong Kim, Jae-Au Ha, Hun Jung, Byung-II Ahn, Sung-Han Lee, Joong-Gill Choi


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要旨

CO2 photoacoustic spectroscopy was employed to analyze kinetically the CO2/CH4 reaction catalyzed by 14 wt% Ni/Al2O3 and 14 wt% Ni/TiO2. The catalytic reaction was carried out in the temperature range of 673–923 K at various partial pressures of CO2 and CH4 (40 Torr total pressure) in a closed-circulating reactor system. The CO2 photoacoustic signal, measured by using a differential photoacoustic cell, was recorded as a function of reaction time. Under these conditions, Al2O3 and TiO2 used as supports do not promote the reaction as noted by the lack of changes in the CO2 photoacoustic signal. Reactions run in the presence of H2-reduced supported Ni catalysts are associated with significant time dependent changes in the CO2 photoacoustic signal, while processes carried out in the presence of unreduced catalysts do not. Changes in the CO2 photoacoustic signal at early reaction times provide precise data for the rate of CO2 disappearance. The rate of CO2 disappearance is observed to increase with increasing temperature in the range of 673–923 K. Apparent activation energies for CO2 consumption were calculated to be 15.4 kcal mol−1 for the Ni/Al2O3- and 14.3 kcal mol−1 for the Ni/TiO2-catalyzed reactions. Reaction orders, determined from initial rates of CO2 disappearance at 873 K, were found to be 0.48 in CH4 and 0.45 in CO2 for the Ni/Al2O3-promoted process, and 0.38 in CH4 and 0.32 in CO2 for the Ni/TiO2-catalyzed reaction. The results of this effort were compared with those reported previously and were used to construct a mechanism for the low pressure CO2/CH4 reaction.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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