Steady-state and unsteady-state kinetic approaches for studying reactions over three-way natural gas vehicle catalysts

Kinetics has been proven to be a powerful method to probe catalytic surfaces under reaction conditions in order to elucidate, at molecular level, complex chemical processes. Numerous techniques and methodologies have been already implemented (surface science approaches, TAP, SSITKA…) running in very different pressure ranges (pressure gap) which led to controversial statements regarding suggested mechanism schemes, especially for DeNOx reactions. Two typical reactions taking place over NGV catalysts have been selected to illustrate which information can be tackled from kinetic measurements. Both reactions occur in different temperature ranges and are sensitive to the structure of the catalyst, to the surface composition of bimetallic particles, with possible surface enrichments, and to the participation of the support. Hence, it will be tentatively demonstrated that kinetic combined with spectroscopic or theoretical methods can be appropriate to establish relevant correlations between kinetic parameters and the topology of the catalyst surface.

RésuméL’étude cinétique permet de caractériser les propriétés d’une surface catalytique sous atmosphère réactionnelle et définir à l’échelle moléculaire les processus chimiques impliqués à la surface. Différentes méthodes d’analyse (sciences des surfaces, TAP, SSITKA…), prenant en compte des domaines de pression variant de plusieurs ordres de grandeur, ont parfois conduit à certaines controverses sur les mécanismes suggérés, notamment en catalyse DéNOx. Deux réactions intervenant sur des catalyseurs de type GNV ont été sélectionnées, activées à différentes températures, et sensibles à la structure du catalyseur. Dans ce dernier cas, cette sensibilité peut être reliée à la composition de surface de catalyseurs bimétalliques. L’interface métal/support peut jouer également un rôle clé. Cette revue a pour objectif de montrer le potentiel de ces différentes approches pratiques, notamment lorsqu’elles sont combinées. L’étude cinétique en régime stationnaire ou transitoire associée à des techniques spectroscopiques en mode in situ ou aux calculs théoriques semble appropriée pour extraire des informations permettant d’établir des corrélations structure/réactivité pertinentes.