Co and h2o interactions on model pt/cu, pt/ceo2/cu, cuxo/cu and cusnoy/cu catalyst surfaces: UHV to near-ambient conditions
Model pt/cu, pt/ceo2/cu, cuxo/cu ve cusnoy/cu katalizör yüzeylerinde co ve H2o etkileşimleri: Ultra yüksek vakumdan yarı-ambient koşullara
- Tez No: 974358
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. SARP KAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Heterogeneous catalysts play a crucial role in industrial applications including chemical production, clean energy, environmental sustainability, and renewable energy. Improving catalyst stability, efficiency, and selectivity requires understanding the surface properties and molecule-surface interactions that affect the reaction mechanisms. Here, using a surface science approach, we studied model catalyst surfaces and individual parameters that govern reaction mechanisms and can affect the adsorption/desorption and catalytic active sites. First, step-edge/terrace site decoration and site exchange of Pt atoms with a stepped Cu(211) surface were investigated by a combination of infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS) and temperature-programmed desorption (TPD) under ultra-high vacuum (UHV). At low Pt coverage, step decoration and site exchange with Cu were identified as two pathways for isolating Pt as single atoms. The binding energy of CO was found to strongly depend on Pt coverage. Heteroatomic Pt–Cu bonding can modify the CO binding energy on both Cu and Pt, reducing the desorption temperature of CO adsorbed on Pt. Water adsorption studies on Cu(211) and Pt/Cu(211) surfaces show that water adsorbs more strongly on Cu step sites, promoting partial dissociation and OH formation. On fully Pt-decorated Cu(211) step sites, water adsorbs molecularly, and the chain structures formed by water and OH on Cu(211) are disrupted by Pt. Then, CO and CO2 adsorption characteristics on the Pt/CeO2/Cu(111) model catalyst were investigated to gain insight into the interaction between Pt nanoparticles and the CeO2 support surface. The deposition of CeO2 at 700 K results in island formation on the Cu(111) surface, whereas at 520 K it leads to a more continuous film formation. An enhancement in CO and CO2 uptakes was observed on reduced CeO2-x. Pt nanoparticles deposited on these surfaces remained in a metallic form and facilitated the oxidation of CO to form CO2 by utilizing lattice oxygen in the Pt and CeO2 interface. Catalyst surface behavior under UHV can differ significantly from that under realistic, higher-pressure conditions. To study CuxO reduction behavior, synchrotron-based techniques were employed at near-ambient pressure (~1 mbar). The interaction of CO with CuxO/Cu(211) and CuxO/Cu(111) surfaces was investigated using time-resolved X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and IRRAS. Carbonyl and carbonate species formation was observed while exposing the CuxO/Cu(211) surface to CO, which was not detectable on CuxO/Cu(111). Low-coordinated metallic Cu might serve as active sites for breaking the interatomic bond in molecular CO and promote the formation of carbonate species through direct CO dissociation and CO disproportionation simultaneously. SnOy local clusters can stabilize Cu+ and prevent its reduction through the formation of Sn–O–Cu bonding sites. However, the reduction of SnOy/CuxO/Cu(211) starts at a lower pressure compared to SnOy/CuxO/Cu(111) surface, which can be attributed to the presence of steps on the surface.
Benzer Tezler
- Hidrofilik vehidrofobik etkileşimlerin polimer metal komleks yapıları üzerindeki etkilerin döngülü voltametri ile incelenmesi
Investigation of the effects of hydrophobic and hydrophilic interactions on the structures of polymer- metal complexes by cyclic voltammetry
ARGUN TALAT GÖKÇEÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimyagerlik Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN ERBİL
- İki parçalı rezistif ve kondüktif şeritlerden düzlemsel dalgaların kırınımı
Plane-wave diffractıon by two-part resistive and conductıve strıps
ORHAN BIÇAKÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. EREN ERDOĞAN
- Chemical and electrochemical polymerisation of substituted carbozoles in the presence of acrylamide
Sübstitüye karbozollerin akrilamid varlığında kimyasal ve elektrokimyasal polimerizasyonu
ÖZLEM YAVUZ
- Quantum mechanical analysis of CO2-ZrO2 interaction and operando FTIR-DRIFTS analysis of WGS on Au- and Pt-based catalysts
CO2-ZrO2 etkileşiminin kuantum mekanik analizi ile Au ve Pt bazlı WGS katalizörleri üzerinde operando FTIR-DRIFTS analizi
ALİ UZUN
Doktora
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU