Ab initio analysis of sulfur tolerance of Ni, Cu, and Ni–Cu alloys for solid oxide fuel cells

Choi, YongMan; Compson, Charles; Lin, Ming‐Chang; Liu, Meilin

doi:10.1016/j.jallcom.2006.03.009

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“…Yoshimura et al suggested that an increase of the electron-deficiency of noble metals could be essential to increase sulfur tolerance of noble metal catalysts (30). In effort to understand the surface sulfur interaction with the catalyst at a molecular level, Choi et al analyzed sulfur tolerance of Ni, Cu, and Ni-Cu alloys for SOFCs using computational ab initio method ( 45). It was subsequently concluded that Cu was more sulfur-tolerant than Ni, and that alloying Ni with Cu improved sulfur tolerance.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Synthesis and Characteristics of Nano-Ceria Supported Bimetallic Catalysts For S-Tolerant SOFCs

et al. 2011

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Cu-Pt bimetal and Pt-skin structured Cu-Pt catalysts supported on nanocrystalline CeO2 are synthesized via the low-cost sol-gel approach followed by impregnation processing. Crystal structure, particle size, bulk and surface compositions of the catalyst are systematically characterized. The average particle size of the catalytic composites is 63 nm. The ceria supporter has a fluorite structure, while Cu and Pt contents, not detected by XRD, may exist in amorphous phases. The Pt-skin structured nanocomposite is analyzed based on the surface elemental and bulk compositional analyses. No Cu is detected on the surface based on XPS analyses, however, EDX bulk compositional analyses confirm the co-existence of Cu and Pt. These two kinds of catalytic composites may have potentials to serve as sulfur-resistant anode in solid oxide fuel cells.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Synthesis and Characteristics of Nano-Ceria Supported Bimetallic Catalysts For S-Tolerant SOFCs

et al. 2011

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“…8,9,14 A fim de se estudar os problemas da deposição do carbono à adsorção do enxofre, pode-se considerar que as energias calculadas por B3LYP também possuem boa concordância com resultados previamente relatados, que mostram que o Fe, Co e Ni apresentam uma tendência maior a sofrerem envenenamento por estes átomos, enquanto o Cu é menos suscetível. 18,21,22 No caso específico do Zn, não há relato e, pelos resultados obtidos, este metal seria ainda mais resistente ao envenenamento do que o Cu, entretanto, a atividade catalítica do Zn é muito baixa, o que impede seu uso como anodo em uma célula a combustível.…”

Section: Observações Relativas Ao Mecanismo De Oxidação Do Hidrogêniounclassified

“…Este processo pode ocorrer pela adsorção do enxofre atômico ou pela formação de sulfetos metálicos, como observado pela espectroscopia Raman em amostras de níquel. [21][22][23][24] A determinação do mecanismo para a adsorção do enxofre é muito importante para a fabricação de novos anodos mais tolerantes a este tipo de contaminação.…”

Section: Introductionunclassified

Interação de átomos leves com clusters de metais de transição

et al. 2011

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Recebido em 1/11/10; aceito em 28/4/11; publicado na web em 14/6/11 INTERACTION OF SMALL ATOMS WITH TRANSITION METAL CLUSTERS. Density Functional Theory (DFT) calculations on the interactions of small atoms (H, C, O, and S) on first-row transition metal clusters were performed. The results show that the adsorption site may vary between the metal surface and the edge of the cluster. The adsorption energies, adatom-nearest neighbor and adatom-metal plane distances were also determined. Finally, the authors present a discussion about the performance of these metals as anodes on solid oxide fuel cells. The results obtained agree with empirical data, indicating that the theoretical model used is adequate.Keywords: density functional theory; solid oxide fuel cells; transition metal. INTRODUÇÃOA posição dos átomos adsorvidos em uma superfície metálica é uma característica importante na descrição dos processos que dependem da adsorção. Além disso, a interação de átomos com superfícies metálicas tem um papel preponderante em vários processos catalíticos e eletroquímicos. Por isso, espera-se que tais parâmetros fundamentais sejam rigorosamente descritos em termos de energia. O nível atual de desenvolvimento da Química Computacional permite uma abordagem mais próxima do real nestes tópicos.1,2 Os sítios de adsorção em superfícies metálicas diferem principalmente no número de primeiros vizinhos (número de coordenação) e simetria bidimensional. Como a interação adsorvente-adsorbato é atrativa, espera-se que um átomo adsorvido interaja com o maior número de átomos metálicos, a fim de reduzir a energia de interação.Cálculos usando a teoria do funcional de densidade (DFT) foram usados a fim de se estimar a energia de adsorção de pequenos átomos sobre superfícies metálicas. Espera-se que tais cálculos complementem o conhecimento adquirido com dados experimentais. Diversas reações de interesse industrial, bem como alguns processos de conversão de energia, como o desenvolvimento de células a combustível, podem se beneficiar destes esforços combinados. Neste assunto específico, o papel de átomos como H, C, O e S é importante, pois estas espécies estão presentes em combustíveis (seja na forma de constituintes ou de contaminantes) usados em células a combustível. [3][4][5] Ao se considerar o mecanismo mais apropriado para descrever os fenômenos que ocorrem em anodos do tipo cermet, é preciso considerar diferentes rotas reacionais que possam ocorrer nas superfícies anódicas, formadas pelas interfaces entre metais, eletrólitos e gás combustível (ponto triplo, TPB). O transporte de gás e íons ocorre em várias etapas: difusão das espécies reativas pela fase gasosa; adsorção dissociativa de gases na superfície do metal ou eletrólito (formação de H ad e O ad ); difusão das espécies adsorvidas na superfície e, transferência de carga na superfície metálica, seguindo a equação geral:(1) onde, [] metal refere-se a um sítio ativo na superfície metálica e os demais símbolos seguem a notação de Kroger-Vink.De acordo com alguns resultados empírico...

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“…2 .3H 2 O, was prepared for a given desired content of Ni, Cu and Mg. This mixture was added drop wise with a 30% ammonium hydroxide solution to a vessel maintained at a pH of 9.…”

Section: Materials Preparationmentioning

confidence: 99%

“…The Ni 1-x-y Cu x Mg y O-SDC anode has been chosen based on the premise that doped-ceria is suitable for intermediate temperature operations (550-750°C); that Ni-Cu alloy plays an important role in increasing resistance to coking (as well as raising sulphur tolerance) (1)(2); that MgO is a promoter to avoid agglomeration during reduction, to increase Ni-Cu alloy activity and to stabilize doped-ceria material (3)(4)(5)(6). This paper first describes how Ni 1-x-y Cu x Mg y O has been prepared.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Methane Internal Reforming over Ni_1-x-yCu_xMg_yO-SDC Anode Material at Intermediate Temperatures

Phongaksorn¹,

Ismail²,

Croiset³

et al. 2009

ECS Trans.

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The overall goal of this work is to develop a coking resistant Ni 1-x-y Cu x Mg y O-SDC anode for IT-SOFCs. The Ni 1-x-y Cu x Mg y O samples were prepared using 1) a one-step co-precipitation method and 2) a two-step co-precipitation/impregnation method. For the first method, Ni 1-x-y Cu x Mg y O is synthesized via co-precipitation of Ni, Mg and Cu. In the two-step method, Ni 0.9 Mg 0.1 O is first prepared by co-precipitation of Ni and Mg, followed by addition of copper by impregnation. The materials were characterized using XRD, BET, TPO, and TPR. The activities toward methane steam reforming (MSR) were tested in a fixed-bed reactor. For the materials prepared from the one-step method, the MSR activity decreased when increasing Cu content even with only 5% Cu. With the two-step method, the MSR activity was not affected by the presence of Cu for concentration up to 5%. However, above 5% Cu the activity started to decrease. It was concluded that the two-step method is more effective.

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