Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Fabrication and Characterization of Nano-Confined Pd Catalysts for CO Oxidation

Larsson, Alfred LU (2019) PHYM01 20191
Solid State Physics
Department of Physics
Abstract
During this thesis nanoporous alumina has been used as a template for the synthesis of nano-confined palladium structures. The nanoporous templates have been synthesized by anodization of aluminum and characterized using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and small angle X-ray scattering (SAXS), resulting in good statistics of the pore diameter and interpore distance of these nanoporous structures. Palladium nanowires of different height and diameter has successfully been fabricated within the nanoporous alumina using electrodeposition from a neutral electrolyte. Palladium nanoparticles have been deposited onto nanoporous membranes using an electroless chemical deposition technique. The fabricated palladium... (More)
During this thesis nanoporous alumina has been used as a template for the synthesis of nano-confined palladium structures. The nanoporous templates have been synthesized by anodization of aluminum and characterized using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and small angle X-ray scattering (SAXS), resulting in good statistics of the pore diameter and interpore distance of these nanoporous structures. Palladium nanowires of different height and diameter has successfully been fabricated within the nanoporous alumina using electrodeposition from a neutral electrolyte. Palladium nanoparticles have been deposited onto nanoporous membranes using an electroless chemical deposition technique. The fabricated palladium nanostructures have been characterized using SEM. The catalytic activity of these palladium nanostructures has been characterized by mass spectrometry and planar laser induced flourescence. A difference in the catalytic conversion and in the onset temperature of the catalytic reactions has been observed as a function of pore size. The experiments should be repeated in a more controlled manner before any conclusion can be drawn about the effect of the nano-confinement on the catalytic activity. But this work has proved that palladium nanowires can be grown inside nanoporous alumina templates of different pore size and different depth and these palladium nanostructures show catalytic activity for CO oxidation. (Less)
Popular Abstract
Metallstrukturer tusen gånger mindre än ett hårstrå renar avgaser.

Med nanoteknik har små katalysatorer skapats som kan rena avgaser från förbränningsmotorer i bilar och kolkraftverk från farliga ämnen.

En katalysator är ett ämne som påskyndar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas. Detta används flitigt inom industrin där till exempel billigt bränsle, plast och cancermedicin tillverkas med hjälp av katalys [1]. Även avgaser från bilar renas från giftiga och miljöfarliga ämnen med hjälp av katalys [2]. Katalys är därmed en väldigt viktig del i vårt moderna samhälle, trots detta förstår vi inte exakt hur katalysatorer fungerar. Det är därför viktigt att bedriva forskning inom katalys för att i framtiden kunna designa och skapa... (More)
Metallstrukturer tusen gånger mindre än ett hårstrå renar avgaser.

Med nanoteknik har små katalysatorer skapats som kan rena avgaser från förbränningsmotorer i bilar och kolkraftverk från farliga ämnen.

En katalysator är ett ämne som påskyndar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas. Detta används flitigt inom industrin där till exempel billigt bränsle, plast och cancermedicin tillverkas med hjälp av katalys [1]. Även avgaser från bilar renas från giftiga och miljöfarliga ämnen med hjälp av katalys [2]. Katalys är därmed en väldigt viktig del i vårt moderna samhälle, trots detta förstår vi inte exakt hur katalysatorer fungerar. Det är därför viktigt att bedriva forskning inom katalys för att i framtiden kunna designa och skapa ännu effektivare katalysatorer. Detta skulle kunna användas för att till exempel kunna tillverka billiga förnyelsebara bränslen, skapa nya billiga och starka material och göra effektivare gödningsmedel för att kunna förse planetens växande befolkning med mat i framtiden. Katalys kan komma att bli en del av lösningen till många av framtidens stora utmaningar. I detta projekt har nanoteknik använts för att tillverka ”nanostrukturer”, vilket är små metalstrukturer 1000 gånger mindre än en människas hårstrå. När fysiska strukturer blir så små gäller inte längre samma fysikaliska lagar som i den värld vi är vana vid. I detta projekt studeras det hur katalytiska reaktioner påverkas när de blir så pass små. Dessa nanostrukturer har i projektet använts till att omvandla giftiga förbränningsgaser till ofarliga ämnen. Mer specifikt har omvandlingen från kolmonoxid till koldioxid studerats. Kolmonoxid är en giftig gas som bildas vid förbränning av bränsle som kol, diesel och bensin. I moderna bilar finns det katalysatorer som renar avgaserna från detta ämne, men det finns flera problem med bil-katalysatorer. De är inte effektiva vid låga temperaturer och effektiviteten minskar över tid. Så det finns rum för förbättring av dessa befintliga katalysatorer. Vi har på ett enkelt och billigt sätt kunnat framställa nanostrukturer som lyckas omvandla giftig kolmonoxid till koldioxid.

Nanostrukturerna har tillverkats med elektrokemi som är en gammal kemigren med ursprung från tiden då elektricitet först upptäcktes. Med en elektrisk spänning mellan aluminium och en annan elektrod i en sur elektrolyt skapas ett tunt skikt av aluminiumoxid med små porer i. Dessa porer är 1000 gånger tunnare än en människas hårstrå och har använts som en mall för att skapa nanostrukturer av palladium. Att växa och manipulera material på nanoskalan är ingen lätt uppgift så arbetet under detta projekt kan ses som ett ” proof of concept”. Vi kan nu tillverka och manipulera palladium-nanostrukturer som visar på potential för att användas inom katalys.


[1] Bell, A. T. (2003). The Impact of Nanoscience on Heterogeneous Catalysis. Science,299(5613), 1688-1691. doi:10.1126/science.1083671

[2] Twigg, M. V. (2006). Roles of catalytic oxidation in control of vehicle exhaust emissions. Catalysis Today,117(4), 407-418. doi:10.1016/j.cattod.2006.06.044 (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Larsson, Alfred LU
supervisor
organization
course
PHYM01 20191
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Catalysis Palladium Nano Nanopore CO oxidation
language
English
id
8982534
date added to LUP
2019-07-02 10:09:32
date last changed
2019-07-02 10:09:32
@misc{8982534,
  abstract     = {{During this thesis nanoporous alumina has been used as a template for the synthesis of nano-confined palladium structures. The nanoporous templates have been synthesized by anodization of aluminum and characterized using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and small angle X-ray scattering (SAXS), resulting in good statistics of the pore diameter and interpore distance of these nanoporous structures. Palladium nanowires of different height and diameter has successfully been fabricated within the nanoporous alumina using electrodeposition from a neutral electrolyte. Palladium nanoparticles have been deposited onto nanoporous membranes using an electroless chemical deposition technique. The fabricated palladium nanostructures have been characterized using SEM. The catalytic activity of these palladium nanostructures has been characterized by mass spectrometry and planar laser induced flourescence. A difference in the catalytic conversion and in the onset temperature of the catalytic reactions has been observed as a function of pore size. The experiments should be repeated in a more controlled manner before any conclusion can be drawn about the effect of the nano-confinement on the catalytic activity. But this work has proved that palladium nanowires can be grown inside nanoporous alumina templates of different pore size and different depth and these palladium nanostructures show catalytic activity for CO oxidation.}},
  author       = {{Larsson, Alfred}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Fabrication and Characterization of Nano-Confined Pd Catalysts for CO Oxidation}},
  year         = {{2019}},
}