Spectroscopic IR, EPR, and operandoDRIFT insights into surface reaction pathways of selective reduction of NO by propene over the Co–BEAzeolite

文献情報

出版日 2011-12-02
DOI 10.1039/C1CP23038G
インパクトファクター 3.676
著者

Piotr Pietrzyk, Christophe Dujardin, Kinga Góra-Marek, Pascal Granger, Zbigniew Sojka


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要旨

Interaction of a Co–BEA catalyst with individual components (NO, C3H6, CO, O2) and mixtures simulating the real feed of the selective catalytic reduction (SCR) of nitric oxide in static and pulse experiments at variable temperatures was investigated by means of IR, EPR, and operando DRIFT spectroscopy coupled with QMS/GC analysis of the products. Speciation of cobalt active sites into Co(II), mono- and polynuclear oxo-cobalt species as well as CoO clusters was quantified by IR using CO and NO as probe molecules. The key intermediates, by-products, and final products of the SCR reaction were identified and their spectroscopic signatures ascertained. Based on the spectroscopic operando results, a concise mechanistic scheme of the selective catalytic reduction of nitric oxide by propene, triggered by a two-electron Co(II)/Co(0) redox couple, was developed. It consists of a complex network of the sequential/parallel selective reduction steps that are interlocked by the rival nonselective oxidation of the intermediates and their thermal decomposition. It has been shown that the SCR process is initiated by the chemoselective capture of NO from the reaction mixture by the cobalt active sites leading to the cobalt(II) dinitrosyls, which in the excess of oxygen are partially oxidized to surface nitrates and nitrites. N2O is produced by semi-decomposition of the dinitrosyl intermediates on the mononuclear centers, whereas NO2via NO oxidation on the polynuclear oxo-cobalt sites. Cyanide and isocyanate species, formed together with propene oxygenates in the course of the CC bond scission, are the mechanistically pivotal reaction intermediates of C3H6 interaction with the dinitrosyles and NO3−/NO2− surface species. Dinitrogen is produced by three main reaction routes involving oxidation of cyanides by NO/NO2, reduction of dinitrosyls, nitrates, and nitrites by propene oxygenates (medium temperature range) or their reduction by carbon monoxide (high temperature range).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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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