Ball milling, an eco-friendly material synthesis route, was used to produce a Ti-based precursor from a mixture of metallic Ti and TiO2 powders to obtain a corrosion-resistant and conductive support for the oxygen evolution reaction in an alkaline medium. The obtained materials were subsequently impregnated with Ni and Fe salts before being thermally treated under hydrogen. Thanks to this synthesis route, composite materials consisting of a Ni- and Fe-containing active phase deposited onto a TiyOx substrate were obtained. The chemical nature of phases composing this precursor material directly depends on the Ti/TiO2 mass ratio. For a mass ratio of 50%, the Ti-based precursor (sample labeled Ti50), initially composed of TiO2 and Ti hydride phases, is transformed, after impregnation with Fe and Ni salts and heat treatment under H2, into a highly electron conductive Ti2O3 phase, leading to a high oxygen evolution reaction (OER) activity. The influence of active phase loading and the Ni/Fe atomic ratio on the OER activity was subsequently investigated by performing electrochemical experiments. Different physicochemical techniques (X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES)) were performed to characterize the composition, structure, and morphology of the different composite catalysts in order to evidence a correlation between materials' properties and their electroactivity toward OER. The sample labeled 30 atom % NiFe (50–50)-Ti50 sample (i.e, Ni/Fe isoatomic ratio and atomic percent of the Ni- and Fe-containing active phase of 30%) appears as the most efficient material, since an overpotential of only 310 mV is required to drive a current density of 10 mA cm–2. A chronopotentiometry test was carried out to ensure the stability of electrochemical performances after a long-term use of 7 days. Finally, post-mortem Raman spectroscopy and TEM measurements were performed to inquire into surface restructuring phenomena affecting the nanoheterostructured catalyst under working conditions.

Abstract Single atom alloy (SAA) clusters formed by anchoring single atoms in small supported host clusters are emerging as catalysts with high performance. In this work, density functional theory (DFT) calculations and ab‐initio molecular dynamics (AIMD) simulations are performed to study the stability and the structure evolution of γ‐alumina‐supported platinum/copper SAA clusters of sub‐nanometer size in hydrogen environment. Due to the strong dynamic nature of both Cu cluster and anchored Pt single atom and their evolving interaction with the support, different isomers with different geometric and energetic properties are predicted. Extensive sampling through AIMD simulations reveals strong effect of hydrogen on the location of Pt single atom and strong variation of the cluster shape, evolving from 3D to concave and planar shapes wetting the alumina support. Interfacial site location of Pt single atom is found to be hydrogen coverage dependent. When the hydrogen coverage increases, the Pt single atom located preferentially at the interfacial site is pulled up by hydrogen atoms toward the upper surface Cu layers. The interaction of Pt/Cu cluster with alumina is predicted to decrease with increasing hydrogen coverage. Finally, electronic structure analysis reveals dramatic effect of hydrogen on the metallic nature of the catalysts.

Ir and IrSn catalysts with different Sn contents (0.5, 0.7 and 0.9 wt%) were prepared using MgAl2O4 supports synthesized using two different techniques (the citrate–nitrate combustion and coprecipitation methods). Both supports, with a spinel structure, presented low acidity and good textural properties. However, the support prepared by coprecipitation had higher specific surface area and pore volume than the one prepared by combustion, which would favor the dispersion of the metals to be deposited. Likewise, during the preparation of the catalytic materials, a very good interaction was achieved between the metals and both supports, which was confirmed by the presence of sub-nanometer atomic clusters in the mono- and bimetallic catalysts. Regarding the catalytic properties, while the monometallic Ir/MgAl2O4 samples lead to a very low conversion of n-butane and a selectivity towards hydrogenolysis products, the addition of Sn to Ir increases the conversion, decreases hydrogenolysis and therefore sharply increases the selectivity towards the different butenes. Catalysts with higher Sn loadings present better catalytic behavior. One of the roles of the Sn promoter would be to geometrically modify the Ir clusters, drastically decreasing the hydrogenolytic activity. This effect, added to the strong electronic modification of the Ir sites by the action of Sn, with probable Ir-Sn alloy formation, is responsible for the high catalytic performance of these bimetallic catalysts.

Oxidative dehydrogenation of hydrocarbons (ODH) converts propane and/or ethane into propylene and/or ethylene, which are important compounds in the chemical industry. Unlike steam cracking, ODH offers a high theoretical conversion to olefins and lower energy consumption. The ODH reaction of propane to propylene was studied using VOX/Al2O3 catalysts prepared by wet impregnation. The reaction conditions were widely varied, with temperatures ranging from 300 to 550 °C, the C3/O2 ratio from 1.6 to 3.3, and the vanadium content from 1 to 11 wt %. It was observed that these parameters are key experimental variables that influence the performance of the catalysts in ODH. Catalysts with intermediate vanadium loading exhibit an optimal amount of acidic sites due to the presence of monomeric and polymeric VOX species, resulting in high selectivity toward propylene. Temperature-programmed oxidation analyses showed that coke deposition is proportional to the degree of VOX polymerization.

This study investigated the catalytic dehydrogenation of propane over uncalcined, calcined or pre‐reduced gallium‐supported alumina catalysts. The effects induced by a reductive pretreatment and hydrogen co‐feeding (5% and 50% in volume in the gas mixture) on the catalytic performance were evaluated. For comparison, a non‐supported γ‐Ga2O3 sample was prepared. The catalysts were characterized by different methods including XRD, TEM, TPR, FTIR, pyridine‐FTIR and the model reaction of 3,3‐dimethylbut‐1‐ene isomerization. It was found that reductive pretreatment improved the propylene production in gas phase but decreased the initial conversion compared to the calcined sample. Hydrogen co‐feeding positively impacted the catalytic stability of reduced catalysts, leading to a higher conversion after 240 min and reducing the deactivation of the catalyst up to 70% as the amount of H2 increased in the stream. Moreover, improvement in the carbon balance and reduction of carbon deposited were observed at high H2 co‐feeding ratio. The formation of gallium hydride species during the reduction pretreatment and H2 flowing was clearly identified, but their contribution in the PDH reaction can be considered as negligible compared to positive effect induced by the decrease in acidity due to the reducing pretreatment.