Operando and Theoretical Surface Science Studies of Heterogeneous Catalysts

10.15 – 11.00 Prof. Günther Rupprechter, Institutet för materialkemi, TU Wien, Österrike: "Operando Ytspektroskopi och mikroskopi under katalytiska reaktioner"

Sammanfattning: Operando-karakterisering av arbetskatalysatorer, som kräver samtidig mätning av katalytisk prestanda, är avgörande för att identifiera relevant katalysatorstruktur/sammansättning och hur molekyler interagerar med ytor/gränssnitt. Två exempel, som täcker nanopartiklar, tunna filmer och aggregat i mesoskala, överbryggar "material och tryckgap".

i) Areagenomsnittande operandospektroskopi: CO-oxidation på Pt/ZrO2 framställd genom atomskiktsdeposition (ALD) undersöktes med summafrekvensgenerering (SFG) spektroskopi och nära omgivande tryck röntgenfotoelektronspektroskopi (NAP-XPS), kombinerat med massa spektrometri (MS) [1]. Genom att kombinera experimentella data med ab initio Density Functional Theory (DFT), visar vi att reaktionens början bestäms av en delikat balans mellan CO-disproportionering (Boudouard-reaktion) och oxidation. Disproportionering uppstår på lågkoordinerade Pt-platser vid höga CO-täckningar, när den återstående C-atomen stabiliseras av en gynnsam koordination. I motsats till den allmänna förväntningen är grova Pt-nanopartiklar till synes mindre aktiva än mjukare Pt-filmer.

ii) Rumsligt upplöst operandomikroskopi: H2-oxidation på polykristallin Rh studerades genom skanningsfotoelektronmikroskopi (SPEM) och fotoemissionselektronmikroskopi (PEEM), som möjliggör lokal ytanalys och visualisering av heterogeniteten hos pågående reaktioner i en µm-skala [2] . Detta avslöjade en anisotropi av ytoxidation (beroende på den lokala steg-/kantdensiteten, vilket ger en oxidationskarta), såväl som dess effekt på katalytisk aktivitet. In situ PEEM-avbildning av pågående H2-oxidation jämför direkt den lokala reaktiviteten hos metalliskt och oxiderat Rh, vilket visar effekten av ytoxider. Med användning av hastigheten för fortplantningsreaktionsfronter som indikator på reaktivitet observerades en hög transient aktivitet av Rh-ytoxid. Den motsvarande hastighetskartan avslöjar strukturberoendet av sådan aktivitet, vilket representerar en direkt avbildning av en struktur-aktivitetsrelation för många väldefinierade ytstrukturer inom ett prov.

[1] V. Pramhaas et. al, ACS Catalysis, 11 (2021) 208–214
[2] P. Winkler et al, Nature Communications, 12 (2021) 69

11.00 – 11.30 Prof. Per-Anders Carlsson, Institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg: "In situ Time-Resolved FTIR Spectroscopy in Heterogeneous Catalysis"

11:30 – 12:00 Dr Jolla Kullgren, Inst. Kemi - Ångström, Uppsala universitet: "Karakterisering av defekter vid Ceria-ytan med hjälp av simuleringar"

Dokument med information Pdf, 119 kB..