Selective catalytic reduction of no over fe-zsm-5: Mechanistic insights by operando herfd-xanes and valence-to-core xray emission spectroscopy

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 37, 2014, Pages 13006-13015

  Boubnov, Alexey ^a,b   Carvalho, Hudson W P ^a   Doronkin, Dmitry E ^a,b   Gunter, Tobias ^a   Gallo, Erik ^c   Atkins, Andrew J ^a   Jacob, Christoph R ^a   Grunwaldt, Jan Dierk ^a,b  

^a KARLSRUHE INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Germany)

^b KARLSRUHE INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Germany)

^c EUROPEAN SYNCHROTRON RADIATION FACILITY   (France)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTRA; AMMONIA; CATALYST ACTIVITY; CATALYSTS; COORDINATION REACTIONS; DESIGN FOR TESTABILITY; EMISSION SPECTROSCOPY; EXTENDED X RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE SPECTROSCOPY; GAS ADSORPTION; REDUCTION; X RAY ABSORPTION; X RAY ABSORPTION NEAR EDGE STRUCTURE SPECTROSCOPY;

EXTENDED XRAY ABSORPTION FINE STRUCTURE (EXAFS) SPECTROSCOPIES; FE-ZEOLITE CATALYSTS; FE-ZSM-5 ZEOLITE CATALYSTS; HIGH-ENERGY RESOLUTION; IN-DEPTH UNDERSTANDING; SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NO; X RAY EMISSION SPECTROSCOPY; X-RAY ABSORPTION NEAR-EDGE STRUCTURE;

SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION;

AMMONIA; NITRIC OXIDE; ZEOLITE;

ANALYTIC METHOD; ARTICLE; CATALYSIS; CATALYST; CHEMICAL REACTION; CHEMICAL STRUCTURE; EXTENDED X RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE SPECTROSCOPY; OXIDATION; REDUCTION; VALENCE TO CORE X RAY EMISSION SPECTROSCOPY; WATER VAPOR; X RAY ABSORPTION NEAR EDGE STRUCTURE; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

EID: 84919400861     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja5062505     Document Type: Article

References (106)

1. Johnson, T. Platinum Met. Rev. 2008, 52, 23.
2. Brandenberger, S.; Krocher, O.; Tissler, A.; Althoff, R. Catal. Rev. 2008, 50, 492.
3. Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2008, 136, 18.
4. Schwidder, M.; Kumar, M. S.; Klementiev, K.; Pohl, M. M.; Bru?ckner, A.; Gru?nert, W. J. Catal. 2005, 231, 314.
5. Lox, E. S. J.; Engler, B. H.; Janssen, F. J.; Garten, R. L.; Dalla Betta, R. A.; Schlatter, J. C.; Ainbinder, Z.; Manzer, L. E.; Nappa, M. J.; Parmon, V. N.; Zamaraev, K. I. In Handbook of Heterogeneous Catalysis; Wiley-VCH Verlag GmbH: Weinheim, Germany, 2008; p 1569.
6. Deutschmann, O.; Grunwaldt, J.-D. Chem. Eng. Technol. 2013, 85, 595.
7. Shelef, M. Chem. Rev. 1995, 95, 209.
8. Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Catal. 2001, 198, 20.
9. Lezcano, M.; Kovalchuk, V. I.; d'Itri, J. L. Kinet. Catal. 2001, 42, 104.
10. Apostolescu, N.; Geiger, B.; Hizbullah, K.; Jan, M. T.; Kureti, S.; Reichert, D.; Schott, F.; Weisweiler, W. Appl. Catal., B 2006, 62, 104.
11. Bulushev, D. A.; Prechtl, P. M.; Renken, A.; Kiwi-Minsker, L. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 4178.
12. Metkar, P. S.; Salazar, N.; Muncrief, R.; Balakotaiah, V.; Harold, M. P. Appl. Catal., B 2011, 104, 110.
13. Ruggeri, M. P.; Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E.; Jirglova, H.; Sobalik, Z. Catal. Today 2012, 184, 107.
14. Klukowski, D.; Balle, P.; Geiger, B.; Wagloehner, S.; Kureti, S.; Kimmerle, B.; Baiker, A.; Grunwaldt, J.-D. Appl. Catal., B 2009, 93, 185.
15. Hoj, M.; Beier, M. J.; Grunwaldt, J.-D.; Dahl, S. Appl. Catal., B 2009, 93, 166.
16. Bru?ggemann, T. C.; Keil, F. J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23854.
17. Hunger, M.; Weitkamp, J. Angew. Chem. 2001, 113, 3040.
18. Miyamoto, Y.; Katada, N.; Niwa, M. Microporous Mesoporous Mater. 2000, 40, 271.
19. Devadas, M.; Kro?cher, O.; Elsener, M.; Wokaun, A.; So?ger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Appl. Catal., B 2006, 67, 187.
20. Devarakonda, M.; Tonkyn, R.; Tran, D.; Lee, J.; Herling, D. J. Eng. Gas Turbines Power 2011, 133, 092805.
21. Brandenberger, S.; Kro?cher, O.; Tissler, A.; Althoff, R. Appl. Catal., B 2010, 95, 348.
22. Ott, K. C.; Clark, N. C.; Rau, J. A. Catal. Today 2002, 73, 223.
23. Brosius, R.; Bazin, P.; Thibault-Starzyk, F.; Martens, J. A. J. Catal. 2005, 234, 191.
24. Dubkov, K. A.; Ovanesyan, N. S.; Shteinman, A. A.; Starokon, E. V.; Panov, G. I. J. Catal. 2002, 207, 341.
25. Maier, S. M.; Jentys, A.; Metwalli, E.; Mu?ller-Buschbaum, P.; Lercher, J. A. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 950.
26. Bezemer, G. L.; Remans, T. J.; van Bavel, A. P.; Dugulan, A. I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8540.
27. Florea, M.; Alifanti, M.; Kuncser, V.; Parvulescu, V. I. Catal. Today 2013, 208, 56.
28. Conte, D.; Mouyane, M.; Stievano, L.; Fraisse, B.; Sougrati, M.; Olivier-Fourcade, J.; Willmann, P.; Jordy, C.; Artus, M.; Cassaignon, S.; Driezen, K.; Jumas, J.-C. J. Solid State Electrochem. 2012, 16, 3837.
29. Daifuku, S. L.; Al-Afyouni, M. H.; Snyder, B. E. R.; Kneebone, J. L.; Neidig, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9132.
30. Chandrasekaran, P.; Chiang, K. P.; Nordlund, D.; Bergmann, U.; Holland, P. L.; DeBeer, S. Inorg. Chem. 2013, 52, 6286.
31. Lancaster, K. M.; Roemelt, M.; Ettenhuber, P.; Hu, Y.; Ribbe, M. W.; Neese, F.; Bergmann, U.; DeBeer, S. Science 2011, 334, 974.
32. Lassalle-Kaiser, B.; Boron, T. T.; Krewald, V.; Kern, J.; Beckwith, M. A.; Delgado-Jaime, M. U.; Schroeder, H.; Alonso-Mori, R.; Nordlund, D.; Weng, T.-C.; Sokaras, D.; Neese, F.; Bergmann, U.; Yachandra, V. K.; DeBeer, S.; Pecoraro, V. L.; Yano, J. Inorg. Chem. 2013, 52, 12915.
33. Atkins, A. J.; Bauer, M.; Jacob, C. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 8095.
34. Westre, T. E.; Kennepohl, P.; DeWitt, J. G.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6297.
35. Wilke, M.; Farges, F.; Petit, P. E.; Brown, G. E.; Martin, F. Am. Mineral. 2001, 86, 714.
36. Battiston, A. A.; Bitter, J. H.; de Groot, F. M. F.; Overweg, A. R.; Stephan, O.; van Bokhoven, J. A.; Kooyman, P. J.; van der Spek, C.; Vanko?, G.; Koningsberger, D. C. J. Catal. 2003, 213, 251.
37. Rehr, J. J.; Albers, R. C. Rev. Mod. Phys. 2000, 72, 621.
38. Joly, Y. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2001, 63, 125120.
39. Delgado-Jaime, M. U.; Dible, B. R.; Chiang, K. P.; Brennessel, W. W.; Bergmann, U.; Holland, P. L.; DeBeer, S. Inorg. Chem. 2011, 50, 10709.
40. Glatzel, P.; Sikora, M.; Smolentsev, G.; Ferna?ndez-García, M. Catal. Today 2009, 145, 294.
41. Safonova, O. V.; Tromp, M.; van Bokhoven, J. A.; de Groot, F. M. F.; Evans, J.; Glatzel, P. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16162.
42. Gallo, E.; Glatzel, P. Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201304994.
43. Pollock, C. J.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5594.
44. Lee, N.; Petrenko, T.; Bergmann, U.; Neese, F.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9715.
45. Pirngruber, G. D.; Grunwaldt, J.-D.; Roy, P. K.; van Bokhoven, J. A.; Safonova, O.; Glatzel, P. Catal. Today 2007, 126, 127.
46. Safonova, O. V.; Florea, M.; Bilde, J.; Delichere, P.; Millet, J. M. M. J. Catal. 2009, 268, 156.
47. Gallo, E.; Bonino, F.; Swarbrick, J. C.; Petrenko, T.; Piovano, A.; Bordiga, S.; Gianolio, D.; Groppo, E.; Neese, F.; Lamberti, C.; Glatzel, P. ChemPhysChem 2013, 14, 79.
48. Giordanino, F.; Borfecchia, E.; Lomachenko, K. A.; Lazzarini, A.; Agostini, G.; Gallo, E.; Soldatov, A. V.; Beato, P.; Bordiga, S.; Lamberti, C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1552.
49. Banares, M. A. Catal. Today 2005, 100, 71.
50. Weckhuysen, B. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 4351.
51. Topsoe, H. J. Catal. 2003, 216, 155.
52. Grunwaldt, J.-D.; Clausen, B. S. Top. Catal. 2002, 18, 37.
53. Hunger, M.; Weitkamp, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 2954.
54. Wachs, I. Top. Catal. 1999, 8, 57.
55. Grunwaldt, J.-D.; Wandeler, R.; Baiker, A. Catal. Rev. 2003, 45.
56. Newton, M. A.; Dent, A. J.; Evans, J. Chem. Soc. Rev. 2002, 31, 83.
57. Meunier, F. C. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4602.
58. Bare, S. R.; Ressler, T. In Advances in Catalysis; Bruce, C. G., Helmut, K., Eds.; Elsevier Academic Press: San Diego, CA, 2009; Vol. 52, p 339.
59. Caravati, M.; Grunwaldt, J.-D.; Baiker, A. Catal. Today 2007, 126, 27.
60. Rochet, A.; Moizan, V.; Pichon, C.; Diehl, F.; Berliet, A.; Briois, V. Catal. Today 2011, 171, 186.
61. Frenkel, A. I.; Rodriguez, J. A.; Chen, J. G. ACS Catal. 2012, 2, 2269.
62. Friebel, D.; Mbuga, F.; Rajasekaran, S.; Miller, D. J.; Ogasawara, H.; Alonso-Mori, R.; Sokaras, D.; Nordlund, D.; Weng, T.-C.; Nilsson, A. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 7954.
63. Merte, L. R.; Behafarid, F.; Miller, D. J.; Friebel, D.; Cho, S.; Mbuga, F.; Sokaras, D.; Alonso-Mori, R.; Weng, T. C.; Nordlund, D.; Nilsson, A.; Cuenya, B. R. ACS Catal. 2012, 2, 2371.
64. Glatzel, P.; Weng, T.-C.; Kvashnina, K.; Swarbrick, J.; Sikora, M.; Gallo, E.; Smolentsev, N.; Mori, R. A. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2013, 188, 17.
65. Long, R. Q.; Yang, R. T. Catal. Lett. 2001, 74, 201.
66. Heijboer, W. M.; Glatzel, P.; Sawant, K. R.; Lobo, R. F.; Bergmann, U.; Barrea, R. A.; Koningsberger, D. C.; Weckhuysen, B. M.; de Groot, F. M. F. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10002.
67. Grunwaldt, J.-D.; Caravati, M.; Hannemann, S.; Baiker, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 3037.
68. Li, H. G.; Rivallan, M.; Thibault-Starzyk, F.; Travert, A.; Meunier, F. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 7321.
69. Doronkin, D. E.; Casapu, M.; Gu?nter, T.; Mu?ller, O.; Frahm, R.; Grunwaldt, J.-D. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 10204.
70. Heijboer, W. M.; Koningsberger, D. C.; Weckhuysen, B. M.; de Groot, F. M. F. Catal. Today 2005, 110, 228.
71. Krishna, K.; Makkee, M. Catal. Today 2006, 114, 23.
72. Lee, H. T.; Rhee, H. K. Catal. Lett. 1999, 61, 71.
73. Hensen, E. J. M.; Zhu, Q.; Hendrix, M. M. R. M.; Overweg, A. R.; Kooyman, P. J.; Sychev, M. V.; van Santen, R. A. J. Catal. 2004, 221, 560.
74. Doronkin, D. E.; Piryutko, L. V.; Starokon', E. V.; Panov, G. I.; Stakheev, A. Y. Kinet. Catal. 2012, 53, 747.
75. Amsterdam Density Functional Program; Vrije University: Amsterdam; http://www.scm.com (accessed on 6 August 2014).
76. te Velde, G.; Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J.; Guerra, C. F.; Van Gisbergen, S. J. A.; Snijders, J. G.; Ziegler, T. J. Comput. Chem. 2001, 22, 931.
77. Becke, A. D. Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1988, 38, 3098.
78. Perdew, J. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1986, 33, 8822.
79. Neese, F. Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2012, 2, 73.
80. Weigend, F.; Furche, F.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12753.
81. Ryder, J. A.; Chakraborty, A. K.; Bell, A. T. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7059.
82. Choi, S. H.; Wood, B. R.; Ryder, J. A.; Bell, A. T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11843.
83. Varetto, U.; Molekel 5.4.08 ed.; Swiss National Supercomputing Centre: Lugano, Switzerland, 2009.
84. Kumar, M. S.; Schwidder, M.; Gru?nert, W.; Bru?ckner, A. J. Catal. 2004, 227, 384.
85. Ressler, T.; Timpe, O.; Neisius, T.; Find, J.; Mestl, G.; Dieterle, M.; Schlo?gl, R. J. Catal. 2000, 191, 75.
86. Wang, Q.; Hanson, J. C.; Frenkel, A. I. J. Chem. Phys. 2008, 129, 234502.
87. Fejes, P.; Kiricsi, I.; La?za?r, K.; Marsi, I.; Rockenbauer, A.; Korecz, L.; Nagy, J. B.; Aiello, R.; Testa, F. Appl. Catal., A 2003, 242, 247.
88. Krocher, O.; Devadas, M.; Elsener, M.; Wokaun, A.; So?ger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Appl. Catal., B 2006, 66, 208.
89. Ruggeri, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Top. Catal. 2013, 56, 109.
90. Cramer, S. P.; de Groot, F. M. F.; Ma, Y.; Chen, C. T.; Sette, F.; Kipke, C. A.; Eichhorn, D. M.; Chan, M. K.; Armstrong, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7937.
91. Peng, G.; de Groot, F. M. F.; Haemaelaeinen, K.; Moore, J. A.; Wang, X.; Grush, M. M.; Hastings, J. B.; Siddons, D. P.; Armstrong, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 2914.
92. Pirngruber, G. D.; Grunwaldt, J.-D.; van Bokhoven, J. A.; Kalytta, A.; Reller, A.; Safonova, O. V.; Glatzel, P. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18104.
93. Glatzel, P.; Mirone, A.; Eeckhout, S. G.; Sikora, M.; Giuli, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 77, 115133.
94. Glatzel, P.; Jacquamet, L.; Bergmann, U.; de Groot, F. M. F.; Cramer, S. P. Inorg. Chem. 2002, 41, 3121.
95. Grush, M. M.; Christou, G.; Haemaelaeinen, K.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5895.
96. de Groot, F. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 31.
97. Devadas, M.; Kro?cher, O.; Elsener, M.; Wokaun, A.; Mitrikas, G.; So?ger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Catal. Today 2007, 119, 137.
98. Santhosh Kumar, M.; Schwidder, M.; Grunert, W.; Bentrup, U.; Bruckner, A. J. Catal. 2006, 239, 173.
99. Maier, S. M.; Jentys, A.; Janousch, M.; van Bokhoven, J. A.; Lercher, J. A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 5846.
100. Kucherov, A. V.; Montreuil, C. N.; Kucherova, T. N.; Shelef, M. Catal. Lett. 1998, 56, 173.
101. Ho?fer, P. In Electron Paramagnetic Resonance; Brustolon, M., Giamello, E., Eds.; John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, 2008; p 37.
102. Urakawa, A.; Maeda, N.; Baiker, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 9256.
103. Nijhuis, T. A.; Tinnemans, S. J.; Visser, T.; Weckhuysen, B. M. Chem. Eng. Sci. 2004, 59, 5487.
104. Meunier, F. C. Catal. Today 2010, 155, 164.
105. Sirita, J.; Phanichphant, S.; Meunier, F. C. Anal. Chem. 2007, 79, 3912.
106. Matyshak, V. A.; Krylov, O. V. Catal. Today 1995, 25, 1.