Model pt/cu, pt/ceo2/cu, cuxo/cu ve cusnoy/cu katalizör yüzeylerinde co ve H2o etkileşimleri: Ultra yüksek vakumdan yarı-ambient koşullara

Heterojen katalizörler, kimyasal üretim, temiz enerji, çevresel sürdürülebilirlik ve yenilenebilir enerji gibi endüstriyel uygulamalarda kritik bir rol oynar. Katalizörlerin kararlılığını, verimliliğini ve seçiciliğini artırmak, reaksiyon mekanizmalarını etkileyen yüzey özelliklerinin ve molekül-yüzey etkileşimlerinin anlaşılmasını gerektirir. Bu çalışmada, yüzey bilimi yaklaşımını kullanarak model katalizör yüzeylerini inceledik ve adsorpsiyon/desorpsiyon süreçleri ile katalitik aktif bölgeleri etkileyebilen temel parametreleri araştırdık. İlk olarak, basamaklı Cu(211) yüzeyinde Pt atomlarının kenar/basamak-teras bölgelerini dekore etmesi ve yer değiştirmesi, ultra-yüksek vakum (UHV) altında kızılötesi yansıma absorbsiyon spektroskopisi (IRRAS) ve sıcaklık-programlı desorpsiyon (TPD) kombinasyonu ile incelenmiştir. Düşük Pt kaplamasında, basamak dekorasyonu ve Cu ile yer değiştirme, Pt'nin tek atomlar halinde izole edilmesinin iki yolu olarak belirlenmiştir. CO'nun bağlanma enerjisinin, Pt kaplamasına güçlü bir şekilde bağlı olduğu bulunmuştur. Heteroatomik Pt–Cu bağlanması, hem Cu hem de Pt üzerindeki CO bağlanma enerjisini değiştirerek, Pt'ye adsorbe olan CO'nun desorpsiyon sıcaklığını düşürmektedir. Cu(211) ve Pt/Cu(211) yüzeylerinde su adsorpsiyonu çalışmaları, suyun Cu basamak bölgelerine daha kuvvetli adsorbe olduğunu ve kısmi ayrışmayı teşvik ederek OH oluşumuna yol açtığını göstermiştir. Tamamen Pt ile dekore edilmiş Cu(211) basamak bölgelerinde ise su moleküler olarak adsorbe olur ve Cu(211) üzerinde su ve OH tarafından oluşturulan zincir yapıları, Pt tarafından bozulur. Daha sonra, Pt nanoparçacıkları ile CeO2 destek yüzeyi arasındaki etkileşimi anlamak için Pt/CeO2/Cu(111) model katalizörü üzerinde CO ve CO2 adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. CeO2'nin 700 K'de biriktirilmesi Cu(111) yüzeyinde ada oluşumuna yol açarken, 520 K'de daha sürekli bir film oluşumu gözlenmiştir. İndirgenmiş CeO2-x üzerinde CO ve CO2 yüklenmesinde artış gözlemlenmiştir. Bu yüzeylere biriktirilen Pt nanoparçacıkları metalik formda kalmış ve Pt ile CeO2 ara yüzeyindeki örgü oksijenini kullanarak CO'nun CO2'ye oksidasyonunu kolaylaştırmıştır. Katalizör yüzey davranışı, ultra yüksek vakum (UHV) altında gerçekçi yüksek basınç koşullarından önemli ölçüde farklılık gösterebilir. CuxO indirgenme davranışını incelemek için, yakın-ortam basıncında (~1 mbar) sinkrotron tabanlı teknikler kullanıldı. CO'nun CuxO/Cu(211) ve CuxO/Cu(111) yüzeyleriyle etkileşimi, zaman çözünürlüklü X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve IRRAS ile araştırıldı. CuxO/Cu(211) yüzeyinin CO'ya maruz bırakılması sırasında karbonil ve karbonat türlerinin oluşumu gözlemlenirken, bu durum CuxO/Cu(111) yüzeyinde tespit edilemedi. Düşük koordinasyonlu metalik Cu, moleküler CO'daki atomlararası bağın kırılması için aktif bölgeler sağlayabilir ve doğrudan CO ayrışması ile CO orantısızlaşması yoluyla eşzamanlı olarak karbonat türlerinin oluşumunu destekleyebilir. SnOy yerel kümeleri, Sn–O–Cu bağ bölgeleri oluşturarak Cu+'yı stabilize edebilir ve onun indirgenmesini önleyebilir. Bununla birlikte, SnOy/CuxO/Cu(211) yüzeyindeki indirgenme, SnOy/CuxO/Cu(111) yüzeyine kıyasla daha düşük basınçta başlar; bu durum yüzeydeki basamakların varlığına bağlanabilir.