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

Pellistors with Au-Pd-impregnated mesoporous Co3O4 as a catalytic layer for low-temperature operation
 
: Lyu, Xuemeng; Gao, Haitao; Diehle, Patrick; Schmitt, Katrin; Tarantik, Karina; Wöllenstein, Jürgen

:

Technisches Messen : TM 87 (2020), No.7-8, pp.514-522
ISSN: 0340-837X
ISSN: 0171-8096 (Print)
ISSN: 2196-7113 (Online)
German
Journal Article
Fraunhofer IPM ()
Fraunhofer IMWS ()
katalytischer Gassensor; Pellestor; Methan; Niedertemperaturbetrieb; Mesoporöses Co3O4

Abstract
Herkömmliche Pellistoren auf der Basis von porösen Al2O3 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 Co3O4-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 Co3O4 mit Au-Pd-Funktionalisierung vor. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass mesoporöses Co3O4 vorteilhaft gegenüber kommerziell erhältlichem polykristallinem Co3O4 in Bezug auf die katalytische Umsetzung ist. Zudem beeinflusst der Bedeckungsgrad des Co3O4 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.

 



tm - Technisches Messen |
Band 87: Heft 7-8

Niedertemperatur-Pellistoren mit Au-Pd-imprägniertem mesoporösem Co3O4 als katalytische Schicht
Pellistors with Au-Pd-impregnated mesoporous Co3O4 as a catalytic layer for low-temperature operation
Xuemeng Lyu

, Haitao Gao

, Patrick Diehle

, Katrin Schmitt

, Karina R. Tarantik

und Jürgen Wöllenstein

DOI:
https://doi.org/10.1515/teme-2019-0146 |
Online veröffentlicht:
08.04.2020

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Zusammenfassung

Herkömmliche Pellistoren auf der Basis von porösen Al2O3 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 Co3O4-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 Co3O4 mit Au-Pd-Funktionalisierung vor. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass mesoporöses Co3O4 vorteilhaft gegenüber kommerziell erhältlichem polykristallinem Co3O4 in Bezug auf die katalytische Umsetzung ist. Zudem beeinflusst der Bedeckungsgrad des Co3O4 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.
Abstract

Commercial pellistors based on Al2O3 as a support material for a Pd-catalyst require an operation temperature of around 450 °C for the detection of methane. Due to this high temperature, they are susceptible to “poisoning” by Si-containing gases. Co3O4-based polycrystalline carrier materials in combination with bimetallic catalytic nanoparticles offer a good alternative to conventional materials since the working temperature can be lowered to around 300 °C. In this article, we present our results on porous Co3O4 covered with catalytic Au-Pd nanoparticles. The results obtained show that mesoporous Co3O4 is advantageous over layers made of commercially available Co3O4 nano powder in terms of catalytic conversion. In addition, the degree of Co3O4 coverage with Au-Pd particles influences strongly the catalytic performance of the sensor. The lower operation temperature of investigated material system improves the explosion protection crucial and reduces the heating power consumption. For the sensor substrates used for the experiments, the heating power consumption decreases from 610 mW at 450 °C to 355 mW at 300 °C working temperature.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-596836.html