Improving the activity of gold nanoparticles for the water-gas shift reaction using TiO2–Y2O3: an example of catalyst design

文献情報

出版日 2018-08-03
DOI 10.1039/C8CP03706J
インパクトファクター 3.676
著者

Jose J. Plata, Francisca Romero-Sarria, Javier Amaya Suárez, Antonio M. Márquez, Óscar H. Laguna, José A. Odriozola, Javier Fdez Sanz


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要旨

In the last ten years, there has been an acceleration in the pace at which new catalysts for the water-gas shift reaction are designed and synthesized. Pt-based catalysts remain the best solution when only activity is considered. However, cost, operation temperature, and deactivation phenomena are important variables when these catalysts are scaled in industry. Here, a new catalyst, Au/TiO2–Y2O3, is presented as an alternative to the less selective Pt/oxide systems. Experimental and theoretical techniques are combined to design, synthesize, characterize and analyze the performance of this system. The mixed oxide demonstrates a synergistic effect, improving the activity of the catalyst not only at large-to-medium temperatures but also at low temperatures. This effect is related to the homogeneous dispersion of the vacancies that act both as nucleation centers for smaller and more active gold nanoparticles and as dissociation sites for water molecules. The calculated reaction path points to carboxyl formation as the rate-limiting step with an activation energy of 6.9 kcal mol−1, which is in quantitative agreement with experimental measurements and, to the best of our knowledge, it is the lowest activation energy reported for the water-gas shift reaction. This discovery demonstrates the importance of combining experimental and theoretical techniques to model and understand catalytic processes and opens the door to new improvements to reduce the operating temperature and the deactivation of the catalyst.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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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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