Niedertemperatur-Pellistoren mit Au-Pd-imprägniertem mesoporösem Co₃O₄ als katalytische Schicht

Abstract

<jats:title>Zusammenfassung</jats:title><jats:p>Herkömmliche Pellistoren auf der Basis von porösen Al<jats:sub>2</jats:sub>O<jats:sub>3</jats:sub> als Trägermaterial für einen Pd-Katalysator benötigen eine Arbeitstemperatur von rund 450 °C für den Nachweis von Methan. Durch diese hohe Temperatur sind sie anfällig für „Vergiftungen“ durch Silizium-haltige Gase. Eine gute Alternative bieten Co<jats:sub>3</jats:sub>O<jats:sub>4</jats:sub>-basierte Träger in Kombination mit bimetallischen katalytischen Nanomaterialien, mit denen die Arbeitstemperatur auf rund 300 °C gesenkt werden kann. Wir stellen in diesem Beitrag unsere Ergebnisse für ein Materialsystem aus mesoporösem Co<jats:sub>3</jats:sub>O<jats:sub>4</jats:sub> mit Au-Pd-Funktionalisierung vor. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass mesoporöses Co<jats:sub>3</jats:sub>O<jats:sub>4</jats:sub> vorteilhaft gegenüber kommerziell erhältlichem polykristallinem Co<jats:sub>3</jats:sub>O<jats:sub>4</jats:sub> in Bezug auf die katalytische Umsetzung ist. Zudem beeinflusst der Bedeckungsgrad des Co<jats:sub>3</jats:sub>O<jats:sub>4</jats:sub> mit Au-Pd-Partikeln das katalytische Verhalten des Sensors. Die niedrigere Betriebstemperatur des untersuchten Materialsystems verbessert den Explosionsschutz entscheidend und senkt die Heizleistungsaufnahme. Bei den für die Experimente verwendeten Substraten verringert sich die Heizleistungsaufnahme von 610 mW bei 450 °C auf 355 mW bei 300 °C Arbeitstemperatur.</jats:p>

Accelerated Deactivation of Mesoporous Co3O4-Supported Au–Pd Catalyst through Gas Sensor Operation

“…Moreover, Au-Pd nanoparticles are also observed inside the surface near pores. In combination with previous investigations in transmission, we conclude that the AuPd-nanoparticles are homogenously dispersed throughout the complete mesoporous network [22,23]. Thus, the mesoporous system of Co 3 O 4 provides a high specific surface area for anchoring nanoparticles and a high number of active sites for catalytic reactions, which explains the high activity of the catalyst.…”

“…The synthesis process of mesoporous Co 3 O 4 supported alloyed Au-Pd nanoparticles (Au-Pd@meso-Co 3 O 4 ) was introduced in our former work [22,23]. The synthesis was performed according to Zhixing, et al [11].…”

“…In this context, we examined in previous works mesoporous CO 3 O 4 -supported Au-Pd nanoparticles (Au-Pd@meso-Co 3 O 4 ) as catalysts for application in catalytic combustion sensors [22,23]. Catalytic combustion sensors are essential devices for the early detection of flammable and explosive gases in various applications, e.g., in coal mines, petroleum drilling, landfills and domestic fields [24,25].…”

“…For pellistors, catalysts of high activity to methane oxidation are required to give a satisfying output signal, reduce power consumption and avoid thermal aging effects [25,28,29]. The Au-Pd@meso-Co 3 O 4 catalyst, composed of three-dimensional ordered mesoporous Co 3 O 4 synthesized by a template method, and alloyed Au-Pd nanoparticles prepared by colloidal synthesis according to Zhixing [11], achieved a favorable gas sensing performance towards methane and propane at low operating temperatures of 400 • C [23]. The improved gas sensing characteristics of the catalyst were attributed to the ordered mesoporous Co 3 O 4 with a large specific surface area, enabling a high load with uniformly dispersed Au-Pd nanoparticles up to 7.5 wt% according to energy-dispersive X-ray (EDX) analysis.…”