1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Кинетика и катализ
  4. T. 64, № 6, 2023

Кинетика и катализ, 2023, T. 64, № 6, стр. 773-784

О механизме разложения моногидрата гидразина на Pd/Al2O3 методом ИК-спектроскопии in situ

В. А. Матышак a, О. Н. Сильченкова a, *, А. Н. Ильичев a, М. Я. Быховский a, Р. А. Мнацаканян b

a ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 4, Россия

b Институт химической физики НАН
0014 Ереван, ул. Паруйра Севака 5/2, Республика Армения

* E-mail: son1108@yandex.ru

Поступила в редакцию 23.01.2023
После доработки 21.03.2023
Принята к публикации 23.03.2023

Аннотация

В реакции разложения моногидрата гидразина изучены нанесенные на оксид алюминия Pd-содержащие катализаторы (1%Pd/Al2O3 и 5%Pd/Al2O3). По данным ИК-спектроскопии in situ моногидрат гидразина адсорбируется на координационно ненасыщенных центрах поверхности катализатора в линейной форме. При повышении температуры адсорбированный моногидрат гидразина теряет молекулу воды, что сопровождается изменением геометрии молекулярного комплекса. Адсорбция гидразина на носителе и диффузия его на кластеры палладия является более выгодным процессом, чем прямая адсорбция на активных центрах. Это обстоятельство показывает, что адсорбированный на носителе гидразин может быть интермедиатом процесса его разложения. Исследуемые катализаторы имеют максимум активности при температуре около 100°C. При температурах до 120°C соотношение концентраций водорода и азота в продуктах реакции было равно 2, что соответствует 100% селективности по водороду. С повышением температуры реакции селективность значительно снижается. Объяснение высокой селективности по водороду при низких температурах связано с тем, что хемосорбция N2H4 осуществляется через атомы водорода. Прочность связи водород–металл в таком комплексе выше, чем связи азот–металл, следовательно, барьер для разрыва связи N–H ниже барьера для разрыва связи N–N, что приводит к разрыву связи N–H и сохранению связи N–N. При повышенных температурах часть образующихся атомов водорода рекомбинирует, другая часть вступает в реакцию с поверхностными комплексами гидразина с возникновением интермедиата NH3–NH3, разрыв связи N–N в котором приводит к появлению молекул аммиака в газовой фазе.

Ключевые слова: гетерогенный катализ, водород, промежуточные соединения, молекулярная спектроскопия in situ, моногидрат гидразина, топливный элемент

Список литературы

  1. Hydrogen and other Alternative Fuels for Air and Ground Transportation. Ed. Pohl H.W. UK: Wiley, 1995. 206 p.

  2. Deng Z.-Y., Ferreira J.M.F., Sakka Y. Hydrogen generation materials for portable applications // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. № 12. P. 3825.

  3. Nikolaidis P., Poullikkas A. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2017. V. 67. P. 597.

  4. Khan Z. // Int. J. Hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 1150.

  5. Lang C., Jia Y., Yao X. // Energy Storage Mater. 2020. V. 26. P. 290.

  6. Martin C., Quintanilla A., Vega G., Casas J.A. // Appl. Catal. B: Environ. 2022. V. 317. P. 121802.

  7. Al-Thabaiti S.A., Khan Z., Malik M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 16452.

  8. Ekinci A. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 4. С. 540.

  9. Jiang H.L., Singh S.K., Yan J.M., Zhang X.B., Xu Q. // ChemSusChem. 2010. V. 3. P. 541.

  10. Lan R., Irvine J.T.S., Tao S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. P. 1482.

  11. Singh S.K., Xu Q. // Catal. Sci. Technol. 2013. V. 3. P. 1889.

  12. Song J., Ran R., Shao Z. // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 7919.

  13. Zheng M., Cheng R., Chen X., Li N., Li L., Wang X., Zhang T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2005. V. 30. P. 1081.

  14. Al-Thubaiti K.S., Khan Z. // Int. J. Hydrogen energy. 2020. V. 45. P. 13960.

  15. Motta D., Barlocco I., Bellomi S., Villa A., Dimitratos N. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 1340.

  16. Schmidt E.W. Hydrazine and its Derivatives, 2nd edition. New York: Wiley Interscience, 2001. 2232 p.

  17. Manukyan K.V., Cross A., Rouvimov S., Miller J., Mukasyan A.S., Wolf E.E. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 476. P. 47.

  18. Singh S.K., Zhang X.-B., Xu Q. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 9894.

  19. Singh S.K., Zhang X.-B., Xu Q. // Eur. J. Inorg. Chem. 2011. V. 14. P. 2232.

  20. Jain P., Anila K.A., Vinod C.P. // Chem. Select. 2019. V. 4. № 9. P. 2734.

  21. Tong D.G. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 20442.

  22. Матышак В.А., Сильченкова О.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 4. С. 405. (Matyshak V.A., Silchenkova O.N. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. № 4.).

  23. Block J., Schulz-Ekloff G. // J. Catal. 1973. V. 30. P. 327.

  24. Gosser R.C., Tompkins F.C. // Trans. Faraday Soc. 1971. V. 67. P. 545

  25. Aika K.I., Ohhata T., Ozaki A. // J. Catal. 1970. V. 19. P. 140.

  26. Wood B.J., Wise H. // J. Catal. 1975. V. 39. P. 471.

  27. Maurel R., Menezo J.C. // J. Catal. 1978. V. 51. P. 293.

  28. Swarc M. // Proc. Roy. Soc. A. 1949. V. 198. P. 267.

  29. Contour J.P., Pannetier G. // J. Catal. 1972. V. 24. P. 434.

  30. Amores J.M.G., Escribano V.S., Ramis G., Busca G. // Appl.Catal. B: Environ. 1997. V. 13 P. 45.

  31. Ramis G., Li Y., Busca G. // Catal. Today. 1996. V. 28. P. 373.

  32. Chuang C.-C., Shiu J.-S., Lin J.L. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000.V. 2. P. 2629.

  33. Sathyanarayana D.N., Nicholls D. // Spectrochim. Acta, Part A. 1978. V. 34. P. 263.

  34. Firdous N., Janjua N.K., Qazi I., Wattoo M.H.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 984.

  35. Matyshak V.A., Krylov O.V. // Catal. Today. 1995. V. 25. P. 1.

  36. Valden M., Keiski R.L., Xiang N., Pere J., Aaltonen J., Pessa M., Maunula T., Savimaki A., Lahti A., Harkonen M. // J. Catal. 1996. V. 161. P. 614.

  37. Choi K.I., Vannice M.A. // J. Catal. 1991. V. 127. P. 465.

  38. Матышак В.А., Крылов О.В. // Кинетика и катализ. 2002. Т. 43. С. 422. (Matyshak V.A., Krylov O.V. // Kinet. Catal. 2002. V. 43. № 3. P. 391.)

  39. Contour J.P., Pannetier G. // Bull. Soc. Chim. France. 1970. P. 4260.

  40. Sacconi L., Sabatini A. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1963. V. 25. P. 1389.

  41. Durig J.R., Bush S.F., Mercer E.E. // J. Chem. Phys. V. 1965. V. 44. P. 4238.

  42. Sathyanarayana D.N., Nicholls D. // Spectrochim. Acta. Part A. 1978. V. 34. P. 263.

  43. Amores J.M.G., Escribano V.S., Ramis G., Busca G. //Appl.Catal. B: Environ. 1997. V. 13. P. 45.

  44. Ramis G., Li Y., Busca G. // Catal. Today. 1996. V. 28. P. 373.

  45. Lieske H., Lietz G., Sprindler H., Volter J. // J. Catal. 1983. V. 81. P. 8.

  46. Zhanga P.X., Wanga Y.G., Huang Y.Q., Zhang T., Wua G.S., Li J. // Catal. Today. 2011. V. 165. P. 80.

  47. Alberas D.J., Kiss J., Liu Z.-M., White J.M. // Surf. Sci. 1992. V. 278. P. 51.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Кинетика и катализ

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал