Bulk and Surface Properties of a VPO Catalyst Used in an Electrochemical Membrane Reactor: Conductivity-, XRD-, TPO- and XPS-study

Abstract

In the first part of this work, the electrical conductivity of vanadium phosphorous oxide (VPO) catalyst was investigated by means of the 2-probe EIS method. The VPO showed an extremely low conductivity at low oxygen partial pressure, which is the prevailing condition in the anodic compartment in an electrochemical membrane reactor (EMR). In the second part of this study, fresh as well as VPO catalyst already used in an EMR were characterised with XRD, XPS and temperature programmed oxidation (TPO). The XRD measurements revealed an unchanged bulk phase structure after operation in the EMR. Significant differences in the average oxidation states of vanadium in the catalyst layer in the EMR were determined via XPS, where the catalyst surface facing the electrolyte membrane was more oxidised than the surface facing the anodic gas compartment. The lowered uptake and release of oxygen was observed in TPO experiments for the catalyst used in the EMR.

Gas‐Phase Partial Oxidation of Lignin to Carboxylic Acids over Vanadium Pyrophosphate and Aluminum–Vanadium–Molybdenum

“…Based on XRD analysis,t he AlÀVÀMo catalyst is amorphous and both (VO) 2 P 2 O 7 and (VO) 2 P 4 O 12 phases are predominant with secondary phases of VO(PO 3 ) 2 and VOHPO 4 ·0.5 H 2 Oi nt he VPP catalyst( Figure 1). [32,33] The g-Al 2 O 3 average particled iameter was 112 mm, which increasedt o1 20 mma fter impregnation with Va nd Mo. SEM images of the AlÀVÀMo catalyst(Figure2)c onfirm the particles size measured by laser diffraction.…”

“…Based on XRD analysis, the Al−V−Mo catalyst is amorphous and both (VO) 2 P 2 O 7 and (VO) 2 P 4 O 12 phases are predominant with secondary phases of VO(PO 3 ) 2 and VOHPO 4 ⋅ 0.5 H 2 O in the VPP catalyst (Figure ) …”

Reaction induced current generation by butane oxidation in high temperature electrochemical membrane reactor

“…We have observed in our earlier studies that the used VPO catalyst applied in EOP investigations showed a remarkable reaction induced difference in the vanadium oxidation state in the radial direction [22]. An increase for the inner catalyst surface (facing the YSZ-membrane) and a remarkable decrease for the outer catalyst surface (facing the butane-rich anodic compartment) were observed with respect of the initial oxidation state of the fresh catalyst.…”

Der elektronische Faktor in der Alkanoxidationskatalyse

“…VPP wird kommerziell als Katalysator für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid eingesetzt [10][11][12][13][14] und gilt als Referenzsystem in der selektiven Alkanoxidationskatalyse, [15][16][17][18][19][20][21] welche wiederum im Kontext des bevorstehenden Rohstoffwandels zu einer der bedeutendsten heterogen katalysierten Reaktionsklassen zählt. VPP wird kommerziell als Katalysator für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid eingesetzt [10][11][12][13][14] und gilt als Referenzsystem in der selektiven Alkanoxidationskatalyse, [15][16][17][18][19][20][21] welche wiederum im Kontext des bevorstehenden Rohstoffwandels zu einer der bedeutendsten heterogen katalysierten Reaktionsklassen zählt.…”

“…VPP wird kommerziell als Katalysator für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid eingesetzt [10][11][12][13][14] und gilt als Referenzsystem in der selektiven Alkanoxidationskatalyse, [15][16][17][18][19][20][21] welche wiederum im Kontext des bevorstehenden Rohstoffwandels zu einer der bedeutendsten heterogen katalysierten Reaktionsklassen zählt. [10][11][12][13][14][23][24][25] Allerdings ist ein reversibles gasphasenabhängiges Leitfähigkeitsverhalten allein offensichtlich kein ausreichender Deskriptor für selektive Katalysatoren, da auch die Leitfähigkeit von Vanadium(V)-oxid reversibel auf die Gasphase und Reaktionsbedingungen reagiert, jedoch ausschließlich die vollständige Verbrennung von n-Butan zu CO 2 (und CO) katalysiert. [10][11][12][13][14][23][24][25] Allerdings ist ein reversibles gasphasenabhängiges Leitfähigkeitsverhalten allein offensichtlich kein ausreichender Deskriptor für selektive Katalysatoren, da auch die Leitfähigkeit von Vanadium(V)-oxid reversibel auf die Gasphase und Reaktionsbedingungen reagiert, jedoch ausschließlich die vollständige Verbrennung von n-Butan zu CO 2 (und CO) katalysiert.…”