Titelaufnahme

Titel
Palladium micrograins, palladium oxide and silicon oxide in the CO oxidation reaction / von Zuzana Budinská
VerfasserBudinská, Zuzana
Begutachter / BegutachterinSuchorski, Yuri
Erschienen2012
UmfangIX, 64 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Röntgenphotoelektronenspektroskopie / Photoelektronen-Emissions-Mikroskopie / CO Oxidation / heterogene Katalyse / polykristalline Palladiumfolie
Schlagwörter (EN)polycrystalline Pd foil / Photoemission electron microscopy / X-ray photoelectron spectroscopy / heterogeneous catalysis / CO oxidation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-48574 Persistent Identifier (URN)
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Palladium micrograins, palladium oxide and silicon oxide in the CO oxidation reaction [9.7 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der katalytischen CO Oxidation unter Hochvakuum-Bedingungen mittels in situ Photoelektronen-Emissions-Mikroskopie (PEEM), Massenspektrometrie (MS) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS). Da der Einkristall-Ansatz nicht alle Effekte der üblichen Realkatalysatoren aus Edelmetallpartikeln auf Oxiden deckt, wurden Modelle gewählt, die besser als die Einkristall-Modelle die Eigenschaften der Realkatalysatoren repräsentieren. Die CO Oxidation wurde auf einer polykristallinen Palladiumfolie, die aus m-großen Domänen unterschiedlicher (hkl)-Orientierung besteht, und auf Aluminiumoxid-geträgertem Palladium- und Palladiumoxidpulver untersucht. Während der Experimente auf der Palladiumfolie wurde die Bildung einer Oxidschicht, die durch Segregation von Verunreinigungen aus dem Volumen zur Oberfläche entsteht, und deren Einfluss auf die Reaktionskinetik untersucht. Die Folie wurde bei erhöhten Temperaturen mit Sauerstoff behandelt, und nachfolgende kinetische Messungen haben eine Abnahme der Aktivität in der katalytischen CO Oxidation mit steigender Temperatur der oxidierenden Behandlung der Oberfläche gezeigt. Die XPS Spektren der oxidierten Probe zeigten, dass mit steigender Oxidationstemperatur Silizium aus dem Volumen zur Oberfläche segregiert und anschließend an der Oberfläche oxidiert wird. Mit Hilfe eines Arrhenius Plots aus den Si 2p Peakflächen wurde die effektive Aktivierungsenergie für diese beiden Prozesse zu 0.27 eV bestimmt. Der Einfluss der Probenmorphologie auf die katalytische CO Oxidation wurde mit Hilfe des geträgerten Palladiumpulvers studiert. Es wurden kinetische Messungen für die CO Oxidation durchgeführt und ein globales (mit MS gemessen) sowie ein lokales, ortsaufgelöstes (mit PEEM gemessen) Phasendiagramm wurden konstruiert. Die Phasendiagramme für das Palladiumpulver, die Palladiumfolie nach dem Glühen und für die Palladiumfolie nach zusätzlichem Sputtern wurden miteinander verglichen und es wurde geschlussfolgert, dass die defektreichen Oberflächen allgemein toleranter gegenüber einer CO-Vergiftung sind. Auf einem geträgertem PdO Pulver wurde die Rolle von PdO in der katalytischen CO Oxidation untersucht. Ein Zusammenhang zwischen dem Beitrag des oxidierten Pd und der Aktivität in der CO Oxidation wurde festgestellt: mit steigendem Anteil an PdO in der Probenzusammensetzung wird die katalytische Aktivität bezüglich der CO Oxidation unterdrückt.

Zusammenfassung (Englisch)

The aim of the present thesis was to investigate the catalytic CO oxidation under high vacuum conditions using in situ photoemission electron microscopy (PEEM), mass spectrometry (MS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Since the single crystal approach does not fully cover all the effects of catalysts consisting of oxide supported precious metal nanoparticles, different models have been selected, which better represent the properties of these real catalysts.

The CO oxidation has been studied on a polycrystalline palladium foil consisting of m-sized domains of different (hkl) orientation and alumina supported palladium and PdO powders.

During experiments on the palladium foil an oxide layer, formed by bulk-segregated impurities, and its effect on the reaction kinetics was studied. The foil was treated with oxygen at elevated temperatures and consecutive kinetic measurements have shown a decrease in the activity towards the catalytic CO oxidation with increasing oxidizing temperatures. The XPS spectra of the oxidized sample gave evidence for silicon segregation from the bulk to the surface and subsequent silicon oxide formation with increasing oxidizing temperature. The effective activation energy for these two processes has been determined from the Arrhenius plot of the XPS Si 2p peak areas to be 0.27 eV. The influence of the surface morphology on the catalytic CO oxidation was studied on the alumina supported palladium powder. Kinetic measurements were performed and both global and spatially-resolved local kinetic diagrams using MS and PEEM, respectively, have been constructed.

The phase diagrams for the palladium powder, palladium foil after annealing and palladium foil after additional sputtering have been compared to each other with the conclusion, that the defect rich surfaces are more tolerant towards CO poisoning. The role of PdO in the CO oxidation reaction was studied on the alumina supported PdO powder. A correlation between the PdO contribution and the activity in CO oxidation was observed: with increasing amount of PdO in the sample composition the catalytic activity towards the CO oxidation reaction is suppressed.