The active phase of Pt(110) during catalytic CO oxidation
(2024) MAXM30 20192Synchrotron Radiation Research
Department of Physics
- Abstract
- CO oxidation is an important topic in heterogeneous catalysis, due to its role in industrial processes such as pollution reduction in the auto industry, and ethanol or other fuel production. In the automotive catalytic converters CO oxidation reduces the poisonous CO to CO2 by reacting with O2.
Oxidation catalysts such as Pt, Pd and Rh are frequently used as catalytic converters for CO oxidation in cars. These metals are called model catalysts, and catalytic CO oxidation over these metals is one of the most widely studied reactions in the eld of surface science. Despite of extensive research, the phase responsible for the catalytic activity is still under debate.
Traditionally, such studies were done under simplied conditions, in Ultra... (More) - CO oxidation is an important topic in heterogeneous catalysis, due to its role in industrial processes such as pollution reduction in the auto industry, and ethanol or other fuel production. In the automotive catalytic converters CO oxidation reduces the poisonous CO to CO2 by reacting with O2.
Oxidation catalysts such as Pt, Pd and Rh are frequently used as catalytic converters for CO oxidation in cars. These metals are called model catalysts, and catalytic CO oxidation over these metals is one of the most widely studied reactions in the eld of surface science. Despite of extensive research, the phase responsible for the catalytic activity is still under debate.
Traditionally, such studies were done under simplied conditions, in Ultra High Vacuum (UHV). However, in real industrial operations, heterogeneous catalysts are exposed to harsh environments. This thesis reports on the active phase of Pt(110) during catalytic CO oxidation, at pressures up to 510 mbar and temperatures up to 625 K. The surface structure is studied using in situ Surface X-ray diraction, and to study the catalytic reaction, the gas phase in the vicinity of the surface is studied using Mass spectroscopy. It was found that Pt surface oxide structures are at least as active toward CO oxidation as the metallic surface. Apart from addressing the burning question on the active phase of Pt for CO oxidation, this knowledge will help to further solve the existing problems of CO oxidation catalysts, such as oxygen poisoning. The knowledge gained can further contribute to future development of novel heterogeneous catalysts with enhanced activity, selectivity, and improved lifetime. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- En förbränningsmotor, som den i din bil, har inte tillräckligt med syre för att fullständigt förbränna bränslet till koldioxid och vatten. Därigenom frigörs kolväten, kolmonoxid och kväveoxid. 98% av dessa giftiga biprodukter kan omvandlas till mindre skadliga ämnen med hjälp av en katalysator.
En katalysator använder grundläggande oxidation och reduktion för att omvandla de giftiga utsläppen från din bilmotor. För CO-oxidering spelar syremolekylerna en avgörande roll. Eftersom CO bara behöver en O-atom för att bilda CO2, måste O2 -molekylerna dissociera (delas) i samband med reaktionen. Utan en katalysator kräver detta hög energi, vilket gör att reaktionen går väldigt långsamt. I kombination med att syre fastnar på ytan av en... (More) - En förbränningsmotor, som den i din bil, har inte tillräckligt med syre för att fullständigt förbränna bränslet till koldioxid och vatten. Därigenom frigörs kolväten, kolmonoxid och kväveoxid. 98% av dessa giftiga biprodukter kan omvandlas till mindre skadliga ämnen med hjälp av en katalysator.
En katalysator använder grundläggande oxidation och reduktion för att omvandla de giftiga utsläppen från din bilmotor. För CO-oxidering spelar syremolekylerna en avgörande roll. Eftersom CO bara behöver en O-atom för att bilda CO2, måste O2 -molekylerna dissociera (delas) i samband med reaktionen. Utan en katalysator kräver detta hög energi, vilket gör att reaktionen går väldigt långsamt. I kombination med att syre fastnar på ytan av en katalysator kan O2 molekyler spontant delas upp i enskilda atomer och därmed påskyndas omvandlingen av CO till CO2.
Vid växelverkan med metallytan kan emellertid syret även bilda olika metalloxid -strukturer, vilket påverkar den katalytiska aktiviteten och därmed reaktionshastigheten. Det är därför viktigt att förstå hur katalysatorer fungerar på atomnivå och hur katalysatoraktiviteten är kopplad till ytstrukturen. För en rationell utveckling av framtida katalysatorer krävs en mer grundläggande förståelse av samspelet mellan syre och metallytan. En sådan grundläggande förståelse för katalys är ett av målen för ytvetenskapen, som är ett område där olika egenskaper hos enkristallytor studeras i detalj.
Traditionellt görs den här typen av studier under förenklade förhållanden i ultrahögt vakuum (UHV), vilket skiljer dig mycket från förhållanden för verkliga industriella katalysatorer. Det finns därför ett så kallat "tryckgap" mellan de fundamentala studierna och de realistiska industriella katalytiska systemen. Under de senaste två årtiondena har mycket arbete lagts ned på att överbrygga detta gap och speciellt identifiera katalysatorernas aktiva fas nära realistiska reaktionsförhållanden.
Syftet med detta projekt var att studera hur syre växelverkar med Pt(110)-ytan vid realistiska reaktionsförhållanden. För det första undersöktes den oxidstruktur som bildades på ytan. Därefter följdes CO-oxideringen med oxidstrukturen som katalysator, för att förstå hur den katalytiska aktiviteten påverkas av att katalysatorn oxideras. Den huvudsakliga slutsatsen är att den oxiderade Pt-ytan är minst lika katalytiskt aktiv som den rena metallen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9148983
- author
- Qazilbash, Hira
- supervisor
- organization
- course
- MAXM30 20192
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9148983
- date added to LUP
- 2024-02-23 13:46:26
- date last changed
- 2024-02-27 13:37:23
@misc{9148983,
abstract = {{CO oxidation is an important topic in heterogeneous catalysis, due to its role in industrial processes such as pollution reduction in the auto industry, and ethanol or other fuel production. In the automotive catalytic converters CO oxidation reduces the poisonous CO to CO2 by reacting with O2.
Oxidation catalysts such as Pt, Pd and Rh are frequently used as catalytic converters for CO oxidation in cars. These metals are called model catalysts, and catalytic CO oxidation over these metals is one of the most widely studied reactions in the eld of surface science. Despite of extensive research, the phase responsible for the catalytic activity is still under debate.
Traditionally, such studies were done under simplied conditions, in Ultra High Vacuum (UHV). However, in real industrial operations, heterogeneous catalysts are exposed to harsh environments. This thesis reports on the active phase of Pt(110) during catalytic CO oxidation, at pressures up to 510 mbar and temperatures up to 625 K. The surface structure is studied using in situ Surface X-ray diraction, and to study the catalytic reaction, the gas phase in the vicinity of the surface is studied using Mass spectroscopy. It was found that Pt surface oxide structures are at least as active toward CO oxidation as the metallic surface. Apart from addressing the burning question on the active phase of Pt for CO oxidation, this knowledge will help to further solve the existing problems of CO oxidation catalysts, such as oxygen poisoning. The knowledge gained can further contribute to future development of novel heterogeneous catalysts with enhanced activity, selectivity, and improved lifetime.}},
author = {{Qazilbash, Hira}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{The active phase of Pt(110) during catalytic CO oxidation}},
year = {{2024}},
}