The First Application of Palladium–Phosphorus Catalysts in the Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide: Reasons for the Promoting Action of Phosphorus

L. B. Belykh; Белых Л. Б.; N. I. Skripov; Скрипов Н. И.; T. P. Sterenchuk; Стеренчук Т. П.; V. V. Akimov; Акимов В. В.; V. L. Tauson; Таусон В. Л.; M. N. Likhatski; Лихацкий М. Н.; E. A. Milenkaya; Миленькая Е. А.; T. A. Kornaukhova; Корнаухова Т. А.; F. K. Schmidt; Шмидт Ф. К.

doi:10.31857/S0453881123060023

The First Application of Palladium–Phosphorus Catalysts in the Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide: Reasons for the Promoting Action of Phosphorus

Authors: Belykh L.B.¹, Skripov N.I.¹, Sterenchuk T.P.¹, Akimov V.V.², Tauson V.L.², Likhatski M.N.³, Milenkaya E.A.¹, Kornaukhova T.A.¹, Schmidt F.K.¹
Affiliations:
1. Irkutsk State University
2. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS
3. Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRS KSC SB RAS
Issue: Vol 64, No 6 (2023)
Pages: 749-760
Section: ARTICLES
URL: https://ruspoj.com/0453-8811/article/view/660316
DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123060023
EDN: https://elibrary.ru/KRESHI
ID: 660316

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The main reasons for the promoting effect of phosphorus on the properties of Pd–P/ZSM-5 palladium catalysts in the direct synthesis of H₂O₂ from H₂ and O₂ under mild conditions are considered based on data from X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray powder diffraction (XRD), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP MS). It is shown that the introduction of phosphorus into the composition of the catalyst affects the dispersity, the electronic state of palladium in the surface layer, and the surface concentration of phosphate and phosphite ions. An increase in the H₂O₂ yield is favored by an increase in the dispersion of Pd–P-catalysts, inhibition of the side process of H₂O₂ decomposition by surface phosphate and phosphite ions, and a decrease in the solubility of hydrogen in solid solutions of phosphorus in palladium.

Keywords

direct synthesis of Н₂О₂, palladium, promoter, phosphorus, XPS, XRD, TEM

References

Menegazzo F., Signoretto M., Ghedini E., Strukul G. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 251.
Blanco-Brieva G., Desmedt F., Miquel P., Campos-Martin J.M., Fierro J.L.G. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 796.
Lewis R.J., Koy M., Macino M., Das M., Carter J.H., Morgan D.J., Davies T.E., Ernst J.B., Freakley S.J., Glorius F., Hutchings G.J. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. P. 15431.
Barnes A., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hutchings G.J. // Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 1986.
Wang S., Gao K., Li W., Zhang J. // Appl. Catal. A: Gen. 2017. V. 531. P. 89.
Deguchi T., Yamano H., Takenouchi S., Iwamoto M. // Catal. Sci. Technol. 2018. V. 8. P. 1002.
Yoon J., Han G.-H., Lee M.W., Lee S.-H., Lee S.H., Lee K.-Y. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 604. 154464.
Shi Y., Elnabawy A.O., Gilroy K.D., Hood Z.D., Chen R., Wang C., Mavrikakis M., Xia Y. // ChemCatChem. 2022. V. 14. e202200475.
Blanco-Brieva1 G., Montiel-Argaiz M., Desmedt F., Miquel P., Campos-Martin J.M., Fierro G.J.L. // Top. Catal. 2017. V. 60. P. 1151.
Han G.H., Lee S.H., Hwang S.Y., Lee K.Y. // Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. № 27. 2003121.
Chen L., Medlin J.W., Gronbeck H. //ACS Catal. 2021. V. 11. P. 2735.
Liu Y., McCue A.J., Li D. //ACS Catal. 2021. V. 11. P. 9102.
Ван Я., Нуждин А.Л., Шаманаев И.В., Бухтиярова Г.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 6. С. 743.
Журенок А.В., Марковская Д.В., Потапенко К.О., Черепанова С.В., Сараев А.А., Герасимов Е.Ю., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 3. С. 294.
Belykh L.B., Skripov N.I., Sterenchuk T.P., Kornaukhova T.A., Milenkaya E.A., Schmidt F.K. // Mol. Catal. 2022. V. 528. 112509.
Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Москва: Мир, 1976. 572 с. (Gordon A.J., Ford R.A. The Chemist’s Companion. New-York: Wiley & Sons, 1972.)
Matthews J.C., Nashua N.H., Wood L.L. USA. Patent 3.474.464, 1969.
Скрипов Н.И., Белых Л.Б., Стеренчук Т.П., Корнаухова Т.А., Миленькая Е.А., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 223. (Skripov N.I., Belykh L.B., Sterenchuk T.P., Kornaukhova T.A., Milenkaya E.A., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. № 2. P. 197.)
Yu S., Cheng X., Wang Y., Xiao B., Xing Y., Ren J., Lu Y., Li H., Zhuang H., Chen G. // Nature Commun. 2022. V. 13. P. 4737.
Hu B., Deng W., Li R., Zhang Q., Wang Y., Delplanque-Janssens F., Paul F., Desmedt F., Miquel P. // J. Catal. 2014. V. 319. P. 15.
Liang W., Fu J., Chen H., Zhang X., Deng G. // Mater. Lett. 2021. V. 283. 128857.
Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Симонов П.А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 5. С. 602.
Lou Y., Ma J., Hu W., Dai Q., Wang L., Zhan W., Guo Y., Cao X.-M., Guo X.-M., Hu P., Lu G. // ACS Catal. 2016. V. 6. № 12. P. 8127.
Устюгов А.В., Корыпаева В.В., Обейдат З.З., Путин А.Ю., Шварц А.Л., Брук Л.Г. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 258.
Белых Л.Б., Стеренчук Т.П., Скрипов Н.И., Акимов В.В., Таусон В.Л., Романченко А.С., Гвоздовская К.Л., Санжиева С.Б., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 6. С. 788. (Belykh L.B., Sterenchuk T.P., Skripov N.I., Akimov V.V., Tauson V.L., Romanchenko A.S., Gvozdovskaya K.L., Sanzhieva S.B., Shmidt F.K. // Kinet. Catal. 2019. V. 60. № 6. P. 808.)
Lei J., Niu R., Wang S., Li J. // Solid State Sci. 2020. V. 101. 106097.
Gabasch H., Unterberger W., Hayek K., Klotzer B., Kleimenov E., Teschner D., Zafeiratos S., Havecker M., Knop-Gericke A., Schlog R., Han J., Ribeiro F.H., Aszalos-Kiss B., Curtin T., Zemlyanov D. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 2980.
Wu T., Kaden W.E., Kunkel W.A., Anderson S.L. // Surf. Sci. 2009. V. 603. P. 2764.
Koyano G., Yokoyama S., Misono M. // Appl. Catal. A: Gen. 1999. V. 188. P. 301.
Akolekar D.B., Bhargava S.K. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2005. V. 236. P. 77.
Белых Л.Б., Скрипов Н.И., Акимов В.В., Таусон В.Л., Степанова Т.П., Шмидт Ф.К. // ЖОХ. 2013. Т. 83. № 12. С. 1974.
Neyyathala A., Flecken F., Hanf S. // ChemPlusChem. 2023. V. 88. e202200431.
Xiong R., Zhao W., Wang Z., Zhang M. // Mol. Catal. 2021. V. 500. 111332.
Скрипов Н.И., Белых Л.Б., Белоногова Л.Н., Уманец В.А., Рыжкович Е.Н., Шмидт Ф.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 5. С. 739. (Skripov N.I., Belykh L.B., Belonogova L.N., Umanets V.A., Ryzhkovich E.N., Schmidt F.K. // Kinet. Catal. 2010. V. 51. № 5. P. 714.)
Khoshkhoo M.S., Scudino S., Thomas J., Gemming T., Wendrock H., Eckert J. // Mater. Lett. 2013. V. 108. P. 343.
Lewis R.J., Hutchings G.J. // ChemCatChem. 2019. V. 11. P. 298.
Cao K., Yang H., Bai S., Xu Y., Yang C., Wu Y., Xie M., Cheng T., Shao Q., Huang X. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 1106.
Jeong H.E., Kim S., Seo M.-G., Lee D.-W., Lee K.-Y. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 420. P. 88.
Adams J.S., Kromer M.L., Rodríguez-López J., Flaherty D.W. // J. Am. Chem. Soc. 2021. V. 143. P. 7940.
Chen L., Medlin J.W., Gronbeck H. // ACS Catal. 2021. V. 11. P. 2735.
Deschner B.J., Doronkin D.E., Sheppard T.L., Zimina A., Grunwaldt J.-D., Dittmeyer R. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 3451.
Flanagan B.T.B., Biehl G.E., Clewley J.D., Kundqvist S., Anderson Y. // J.C.S. Faraday I. 1980. V. 76. P. 196.