Исследование реконструкции и окисления поверхностных слоев палладия, индуцированных хемосорбцией O2 и реакцией CO+O2
Диссертация
В спектре Pd3dg2 в этих условиях появляется новая компонента (Pdso), вызванная взаимодействием с кислородом, положение которой ВЕ=336.3 эВ. Было установлено, что данная компонента состоит из двух компонент с практически совпадающими положениями максимумов. Одна из этих компонент возникает за счет сдвига поверхностной компоненты с 334.7 эВ на 336.3 эВ, так что сдвиг составляет Д (ВЕ)д = 1.6 эВ… Читать ещё >
Содержание
- 1. Литературный обзор
- 1. 1. Модели поверхности твердого тела
- 1. 2. Реконструкция грани металлов (110)
- 1. 3. Взаимодействие кислорода с переходными металлами
- 1. 4. Адсорбция кислорода на палладии
- 1. 5. Реконструкция граней палладия (110), (111) и (100), инициированная хемосорбцией кислорода
- 1. 6. Внедрение кислорода в приповерхностные слои палладия
- 1. 7. Образование объемного оксида палладия PdO
- 1. 8. Взаимодействие СО с Pd (110)
- 1. 9. Реакция окисления СО кислородом
- 1. 9. 1. Реакция окисления СО кислородом на платиновых металлах
- 1. 9. 2. Исследование реакционной способности СОадс и Оадс на Pd (110)
- 1. 9. 3. Кинетика реакции окисления СО на Pd (110) в стационарных условиях
- 1. 9. 4. Автоколебания скорости реакции окисления СО на Pd (110)
- 2. 1. Экспериментальные установки
- 2. 1. 1. Устройство экспериментальной установки LEED-240 (Varian)
- 2. 1. 2. Устройство фотоэлектронного спектрометра VG ESCALAB HP,
- 2. 2. Метод термодесорбции
- 2. 3. Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
- 2. 3. 1. Аналитические возможности метода РФЭС
- 2. 3. 2. Чувствительность к поверхностным атомам
- 2. 4. Метод Ультрафиолетовой Фотоэлектронной Спектроскопии (УФЭС)
- 2. 5. Метод Дифракции Медленных Электронов
- 2. 6. Подготовка монокристалла Pd (110) к работе
- 3. 1. Взаимодействие кислорода с Pd (llO)
- 3. 1. 1. Поглощение кислорода палладием Pd (llO) при Р02 = 10~
- 3. 1. 2. Формирование и разложение реконструктивных структур на поверхности Pd (110) в ходе взаимодействия О2 с Pd (110) при в <
- 0. 5. ML (Р < Ю-4 Торр)
- 3. 1. 3. Внедрение кислорода в приповерхностные слои Pd (llO) при 0.5 < в0 <2 ML
- 3. 1. 4. Образование поверхностного оксида
- 3. 1. 5. Образование наночастиц оксида PdOx на Pd (110)
- 3. 1. 6. Образование кристаллов PdO на Pd (poly)
- 3. 2. Взаимодействие СО с Pd (110)
- 3. 2. 1. кинетика адсорбции СО на Pd (110) и структура адсорбционных слоев при увеличении дсо от 0 до 1 ML
- 3. 2. 2. кинетика десорбции СО с Pd (110)
- 3. 2. 3. химическое состояние адсорбированного СО на Pd (110)
- 3. 3. Изучение реакционной способности реконструктивных: и оксидных форм кислорода по отношению к СО
- 3. 4. Исследование реакции СО+О2 в стационарных условиях
- 3. 4. 1. Реакция СО+О2 при низких давлениях (5×10~6- 5×10~3 Па)
- 3. 4. 2. Реакция СО+О2 при высоких давлениях (5×10~3 — 10 Па)
Список литературы
- Боресков Г. К. Гетерогенный катализ. — Москва «Наука», 1988.
- Heck R., Farrauto R. Catalytic Air Pollution Control: commercial technology.— Van Nostrand Reinhold, 1995.
- Ciuparu D., Lyubovsky M., Altman E. et al. Catalytic combustion of methane over palladium-based catalysts // Catalysis Reviews. — 2002. — Vol. 44. — Pp. 593−649.
- Somorjai G. The experimental evidence of the role of surface restructuring during catalytic reactions // Cat. Lett. 1992. — Vol. 12. — P. 17.
- Somorjai G. The structure sensitivity and insensitivity of catalytic reactions in light of the adsorbate induced dynamic restructuring of surfaces // Catalysis Letters. —1990.-Vol. 7.-Pp. 169−182.
- Somorjai G. The flexible surface. Correlation between reactivity and restructuring ability // Langmuir. 1991. — Vol. 7. — Pp. 3176 — 3182.
- Somorjai G. 11 Ann. Rev. Phys. Chem. 1994. — Vol. 45.- P. 721.
- Somorjai G. A., Hove M. A. V. Adsorbate-induced restructuring of surfaces // Progress in Surface Science. — 1989. — Vol. 30. — Pp. 201−231.
- Titmuss S., Wander A., King D. Reconstruction of clean and adsorbate-covered metal surfaces // Chem. Rev. 1996. — Vol. 96.- Pp. 1291−1305.
- Coulman D. J., Wintterlin J., Behm R. J., 'Ertl G. Novel mechanism for the formation of chemisorption phases: The (2xl)0-Cu (110) «added row» reconstruction // Phys. Rev. Lett. 1990. — Vol. 64. — P. 1761−1764.
- Wintterlin J., Schuster R., Coulman D. J. et al. Atomic motion and mass transport in the oxygen induced reconstructions of Cu (110) //J. Vac. Sci. Technol. В.—1991. Vol. 9. — P. 902−908.
- Hashizume Т., Ta, niguchi M., Motai K. et al. Field Ion-Scanning Tunneling Microscopy Study of the Ag (110)-0 System // Jpn. J. Appl. Phys. 1991. — Vol. 30.-Pp. L1529-L1531.
- Taniguchi M.> Hashizume K.-I., Sakurai T. Boundary structures of the (nxl) added rows of Ag-0 chains on a Ag (110) surface // Chem. Phys.Lett. — 1992. — Vol. 192. — Pp. 117−121.
- Taniguchi M., Hashizume K.-I., Sakurai T. Ordering of Ag— О chains on the Ag (110) surface // Surface Science.- 1992, — Vol. 262, — Pp. L123-L128.
- Hashizume Т., Taniguchi M., Motai К. et al. Scanning tunneling microscopy of oxygen adsorption on the Ag (llO) surface // Surface Science. — 1992. — Vol. 266. — Pp. 282−284.
- Pai W. W., Bartelt N. C., Peng M. R., Reutt-Robey J. E. Steps as adatom. sources for surface chemistry: oxygen overlayer formation on Ag (llO) // Surface Science. — 1995. Vol. 330. — Pp. L679-L685.
- Савченко В. И. Адсорбция кислорода и реакции окисления на монокристаллах металлов VIII группы: Дис. .д. хим. наук. / Институт катализа СО РАН.— 1985.
- Воронин А. И. Исследование механизмов каталитического окисления окиси углерода кислородом и окисью азота на иридии и платине методами фотоэлектронной спектроскопии и термодесорбции: Дис. .канд. хим. наук. / Институт катализа СО РАН. 1983.
- Kisliuk P. The sticking probabilities of gases chemisorbed on the surface of solids 1 // J. Phys. Chem. Solids. 1957. — Vol. 3. — Pp. 95−108.
- Somorjai G. A. Introduction to surface chemistry and catalysis. — New York, 1994.
- С аланов A. H. Адсорбция кислорода и начальная стадия окисления платины и родия. Реакция окисления оксида углерода: Дис. .канд. хим. наук. / Институт катализа СО РАН. 1988.
- Matsushima ТWhite J. An. auger spectroscopic study of the kinetic behavior of adsorbed oxygen on palladium // Surf. Sci. — 1977. — Vol. 67. — P. 122.
- Milun M., Pervan P. Interaction of oxygen with a poly crystalline palladium surface over a wide temperature range // Surf. Sci. — 1989. — Vol. 218. — Pp. 363−388.
- Conrad H., Ertl G., Kuppers J., Latta E. Interaction of NO and 02 with Pd (lll) surfaces. II // Surf. Sci. 1977. — Vol. 65. — Pp. 245−260.
- Matsushima T. Dissociation of Oxygen aclmolecules on Rh (lll), Pt (lll) and Pd (lll) surfaces at low temperatures // Surf. Sci. 1985. — Vol. 157. — Pp. 297 318.
- Imbihl R., Demuth J. Adsorption of oxygen on a Pd (lll) surface studied by high resolution electron energy loss spectroscopy (EELS) // Surf Sci.— 1986.— Vol. 173.-Pp. 395−410.
- Guo X., Hoffman A., J.T. J. Y. Adsorption Kinetics and Isotopic Equilibration of Oxygen Adsorbed on the Pd (lll) Surface // J. C’hem. Phys. 1989. — Vol. 90. -Pp. 5787−5792.
- Zheng G., Altman E. I. The oxidation of Pd (lll) 11 Surf. Sci. 2000. — Vol. 462. -Pp. 151−168.
- Sjovall P., Uvdal P. Oxygen sticking on Pd (lll): double precursors, corrugation and substrate temperature effects // Chem. Phys. Lett. — 1998. — Vol. 282. — P. 355.
- Leisenberger F. P., Roller G., Sock M. et al. Surface and subsurface oxygen on Pd (lll) // Surface Science. 2000. — Vol. 445. — Pp. 380−393.
- Lundgren E., Kresse G., Klein C. et al. Two-Dimensional Oxide on Pd (lll) // Physical Review Letters. 2002. — Vol. 88. — P. 246 103.
- Orent T. W., Bader S. D. LEED and ELS study of the initial oxidation of Pd (100) // Surf. Sci. 1982. — Vol. 115. — Pp. 323−334.
- Stuve E. M., Madix R. J., Brundle G. R. CO oxidation on Pd (100): A study of the coadsorption of oxygen and carbon monoxide // Surf Sci. — 1984. — Vol. 146. — Pp. 155−178.
- Chang S., Thiel P. Oxygen on Pd (100): Order, reconstruction, and desorption // J. Ghem. Phys. 1988. — Vol. 88. — P. 2071.
- Simmons G., Wang Y.-N., Marcos J., Klier K. Oxygen adsorption on palladium^ 100) surface: phase transformations and surface reconstruction // J. Phys. Chem. 1991. — Vol. 95. — Pp. 4522−4528.
- Zheng G., Altman E. I. The oxidation mechanism of Pcl (lOO) // Surf. Sci. 2002. -Vol. 504. — Pp. 253−270.
- Todorova M., Lundgren E., Blum V. et al. The Pd (100)-(v5xv5)R27−0 surface oxide revisited // Surf. Sci. 2003. — Vol. 541. — Pp. 101−112.
- Goschnick .]., Wolf M., Grunze M. et al. Adsorption of 02 on Pd (110) // Surf. Sci. 1986. — Vol. 178. — Pp. 831−841.
- He J.-W., Memmert U., Griffiths K., Norton P. Interaction of oxygen with a Pd (110) surface. I. Structures and coverages //J. Chem. Phys. — 1989. — Vol. 90. — Pp. 5082−5087.
- Jones I., Bennett R., Bowker M. CO oxidation on Pd (110): a high-resolution XPS and molecular beam study // Surface Science. — 1999. — Vol. 439. — Pp. 235−248.
- Bennett R., Poulston S., Jones I., Bowker M. High-temperature scanning tunnelling microscopy studies of oxygen-induced reconstructions of Pd (llO) // Surface Science. 1998. — Vol. 401. — Pp. 72−81.
- Yagi K., Fukutani II.'Oxygen adsorption site of Pd (110)c (2×4)-0: Analysis of ARUPS compared with STM image // Surface Science. 1998.- Vol. 412−413.— Pp. 489−494.
- Yagi K., Sekiba D., Fukutani II. Adsorption and desorption kinetics of oxygen on the Pd (110) surface // Surface Science. 1999. — Vol. 442. — Pp. 307−317.
- He J.-W., Memmert U., Griffiths K., Norton P. Interaction of oxygen with a Pd (110) surface. II. Kinetics and energetics // J. Chem. Phys. — 1989. — Vol. 90. — Pp. 5088−5093.
- He J.-W., Norton P. Thermal desorption of oxygen from a Pd (110) surface // Surface Science. 1988. — Vol. 204. — Pp. 26−34.
- Niehus II., Achete C. Oxygen-induced mesoscopic island formation at Pd (110) // Surface Science. 1996. — Vol. 369. — Pp. 9−22.
- Tanaka H., Yoshinobu J., Kawai M. Oxygen-induced reconstruction of the Pd (110) surface: an STM study // Surface Science. 1995. — Vol. 327. — Pp. L505-L509.
- Brena В., Comelli G., Ursella L., Paolucci G. Oxygen on Pd (110): substrate reconstruction and adsorbate geometry by tensor LEED // Surface Science. — 1997. Vol. 375. — Pp. 150−160.
- Banse В., Koel B. Interaction of oxygen with Pd (lll): high effective 02 pressure conditions by using nitrogen dioxide // Surface Science. — 1990. — Vol. 232. — Pp. 275−285.
- Ladas S., Imbihl R., Ertl G. The reactivity of high oxygen coverages on Pd (110) in catalytic CO oxidation // Surface Science. 1993. — Vol. 280. — Pp. 14−22.
- Ladas S., Imbihl R., Ertl G. Kinetic oscillations during the catalytic CO oxidation on Pd (110): the role of subsurface oxygen // Surface Science. — 1989. — Vol. 219. — Pp. 88−106.
- Todorova M., Li W. X., Ganduglia-Pirovano M. et al. Role of Subsurface Oxygen in Oxide Formation at Transition Metal Surfaces // Phys. Rev. Lett. — 2002. — Vol. 89.-P. 96 103.
- Todorova M., Reuter K., Scheffter M. Density-functional theory study of the initial oxygen incorporation in Pd (lll) // Phys. Rev. B. 2005. — Vol. 71. — P. 195 403.
- Lundgren Е., Gustafson J., Mikkelsen A. et al. Kinetic Hindrance during the Initial
- Oxidation of Pd (100) at Ambient Pressures // Phys. Rev. Lett. 2004. — Vol. 92. -P. 46 101.
- Bondzie V., Kleban P., Dwyer D. XPS identification of the chemical state of-subsurface oxygen in the 0/Pd (110) system // Surface Science.— 1996.— Vol. 347. Pp. 319−328.
- Legare P., Hilaire L., Maire G. et al. Interaction of oxygen and hydrogen with palladium // Surface Science. 1981. — Vol. 107. — Pp. 533−546.
- Ho Y., Wang C., Yeh C. Calorimetric study on interaction of dioxygen with alumina supported palladium // J. Mol. Catal. A: Ghem. 1996. — Vol. 112. — Pp. 287−294.
- Datye A., Bravo J., Nelson T. et al. Catalyst microstructure and methane oxidationreactivity during the Pd-PdO transformation on alumina supports // Appl. Catal. A Gen. — 2000. — Vol. 198. — Pp. 179−196.
- Wyckoff R. Crystal Structures. — 2nd edition. — John Wiley and Sons, New York, NY, 1963.-Vol. 1.
- Rogers D., Shannon R., Gillson J. Crystal growth and semi conductivity of palladium oxide // J. Solid State Chem. 1971. — Vol. 3. — Pp. 314−316.
- Rogal J., Reuter K., Scheffier M. Thermodynamic stability of PdO surfaces // Phys. Rev. B. 2004. — Vol. 69. — P. 75 421.
- Bayer G., Wiedemann H. Formation, dissociation and expansion behavior of platinum group metal oxides (PdO, Ru02, Ir02) // Thermochimica Acta.—f 1975,-Vol. 11.-Pp. 79−88.
- Warner J. // J. Electrochem. Soc. 1967. — Vol. 114. — P. 68.
- Peuckert M. XPS Study on Surface and Bulk Palladium Oxicle, Its Thermal Stability, and a Comparison with Other Noble Metal Oxides //J. Phys. Chem.— 1985. — Vol. 89. — P. 2481.
- Voogt E., Mens A., Gijzeman O., Geus J. XPS analysis of palladium oxide layers and particles // Surface Science. — 1996. — Vol. 350. — Pp. 21−31.
- He J.-W., Norton P. Interaction of CO with a Pcl (llO) surface, studied by low energy electron diffraction, thermal desorption spectroscopy, and delta phi //J. Ghem. Phys. 1988. — Vol. 89. — Pp. 1170−1176.
- Jones I., Bennett R., Bowker M. CO Adsorption on Pd (llO) // Surface Science. — 1998. Vol. 402−404. — Pp. 595−598.
- Bowker M., Jones I., Bennett R. et al. Shedding Light on Catalytic Ignition: Coverage Changes During CO Oxidation on Pd (110) // Catal. Lett.— 1998. — Vol. 51.-Pp. 187−190.
- Ramsey M., Leisenberger F., Netzer F. et al. High-resolution core-level photoemission of the СО-induced Pd (110) surface reconstruction // Surface Science. 1997. — Vol. 385. — Pp. 207−215.
- Raval R., Harrison M., Blyholder G., King D. Molecular adsorbate-induced surface reconstruction: C0/Pd (110) // Chem. Phys. Lett. 1990. — Vol. 167.- Pp. 391 398.
- Raval R., Hag S., Harrison M. A., King D. A. Temperature effects in compression structures: Carbon monoxide on Pd (110) by RAIRS // Surface Science. — 1989. — Vol. 211−212.-Pp. 61−70.
- Raval R., Haq S., Blyholder G., King D. A. CO induced reconstruction of Pd (110) characterised by RAIRS // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1990. — Vol. 54−55. — Pp. 629−638.
- Chesters M. A., McDougall G. S., Pemble M. E., Sheppard N. The chemisorption of CO on Pd (110) at 110 and 300 К studied by electron energy loss spectroscopy // Surface Science. 1985. — Vol. 164. — Pp. 425−436.
- Hu P., de la Garza L. M., Raval R., King D. A. A LEED structural study of the CO induced reconstruction of PdllO evidence for a missing row structure // Surface Science. 1991. — Vol. 249. — Pp. 1−7.
- Kato H., Okuyarna II., Yoshinobu J., Kawai M. Estimation of direct and indirect interactions between CO molecules on Pd (110) // Surface Science. — 2002. — Vol. 513.-Pp. 239−248.
- Kirn Y., Kato H., Komeda Т., Kawai M. Investigation of ID chain formation of CO on Pd (l 1 0) by low temperature scanning tunneling microscope // Surface Science. 2001. — Vol. 482−485. — Pp. 60−65.
- Komeda Т., Kim Y., Kawai M. Imaging an isolated molecule on metal: STM images of CO on Pd (110) and electronic configuration near the Fermi level // RIKEN Rev. 2001. — Vol. 37. — Pp. 26−33.
- Ramprasad R., Glassford К. M., Masel R. I., Adams J. B. CO on Pd (llO): Determination of the optimal adsorption site // Surface Science. — 1996. — Vol. 360,-Pp. 31−42.
- Ни P., King D. A., Crampin S. et al. Gradient Corrections in Density Functional Theory Calculations for Surfaces: CO on Pd (110) // Chem. Phys. Lett. 1994. — Vol. 230.-Pp. 501−506.
- Kato H., Okuyama H., Ichihara S. et al. Lateral interactions of CO in the (2xl)p2mg structure on Pd (110): force constants between tilted CO molecules // J. Chem. Phys. 2000. — Vol. 112. — Pp. 1925−1936.
- Engel Т., Ertl G. The Chemical Physics of Solid Surfaces and Heterogeneous Catalysis / Ed. by D. King, D. Woodruff. — Elsevier, Amsterdam, 1982. — Vol. 4.
- Engel Т., Ertl G. Elementary steps in the catalytic oxidation of carbon monoxide on platinum metals // Adv. Catalysis. — 1979. — Vol. 28. — Pp. 1−78.
- Bonzel K, Ku R. // J. Vac. Sci. Technol. 1972. — Vol. 9. — P. 663.
- Matsushima T. Tracer studies on the reaction paths of the CO oxidation over platinum // J. Gatal. 1978. — Vol. 55.-P. 337.
- Matsushima T. Tracer studies on the reaction paths of the CO oxidation over iridium // Surf. Sci. 1979. — Vol. 87. — P. 561.
- Engel Т., Ertl G. A molecular beam investigation of the catalytic oxidation of CO on Pd (lll) // J. Chem. Phys. 1978. — Vol. 69. — P. 1267.
- Taylor J., Ibbotson D., Weinberg W. A transient study of the CO adsorption and reaction of CO and 02 on Ir (110) // Surface Science. 1979. — Vol. 90. — P. 37.
- Matsushima Т., Almy D., White J. The reactivity and Auger chemical shift of oxygen adsorbed on platinum // Surf. Sci. — 1977. — Vol. 67. — P. 89.
- Kim Y., Shi S., White Y. Oxygen inhibition of CO oxidation on polycrystalline Rh // J. Gatal 1980. — Vol. 61. — P. 374.
- Woodruff D. The Chemical Physics of Solid Surfaces / Ed. by D. King, D. Woodruff. Elsevier, Amsterdam, 1994. — Vol. 7. — P. 465.
- Imbihl R., Ertl G. Oscillatory kinetics in heterogeneous catalysis // Chem. Rev.— 1995. Vol. 95. — Pp. 697−733.
- Imbihl R., Cox M., Ertl G. Kinetic oscillations in the catalytic CO oxidation on Pt (100): Theory // J. Chem. Phys. 1985. — Vol. 83. — P. 1578.
- Eiswirth M., Ertl G. Kinetic oscillations in the catalytic CO oxidation on Pt (llO) surface 11 Surf. Sci. 1986. — Vol. 177. — P. 90.
- Вишневский А. Л. Автоколебания скорости реакции окисления оксида углерода на платине: Дис. .канд. хим. наук. / Институт катализа СО РАН.— 1989.
- Goschnick J., Grunze М., Loboda-Cachovic J., Block, J. H. Sticking probability of CO on an oxygen covered Pd (110) surface under reaction conditions // Surface Science. 1987. — Vol. 189−190. — Pp. A397-A398.
- Goschnick J., Loboda-Gackovic J., Block J., Grunze M. Kinetics at Interface reactions / Ed. by M. Grunze, H. Kreuzer.— Springer, Berlin, 1987.— Vol. 8 of Springer Series in Surface Science. — Pp. 269−279.
- Burghaus U., Jones I. Z., Bowker M. Transient study of carbon monoxide oxidation on Pd (lll) and Pd (110) 11 Surface Science. 2000. — Vol. 454−456. — Pp. 326−330.
- Yasui Y., Sawada M., Takagi N. et al. CO adsorption on the Pd (110)c (2×4)-0 surface — formation of a p (2×4) structure // Surface Science. — 1996. — Vol. 365. — Pp. 422−428.
- Yasui Y., Sawada M., Aruga T. et al. Mechanisms of the CO oxidation on the Pd (110)c (2×4)-0 surface // Surface Science. 1998. — Vol. 397. — Pp. 295−305.
- Ehsasi M., Scidel G., Ruppender H. et al. Kinetic oscillations in the rate of CO oxidation on Pd (110) // Surface Science. 1989. — Vol. 210. — Pp. L198-L208.
- Gorodetskii V. V., Matveev A. V., Gobden P. D., Nieuwenhuys В. E. Study of H2, 02, CO adsorption and C0+02 reaction on Pt (100), Pd (110) monocrystalsurfaces // Journal of Molecular Catalysis A. — 2000. — Vol. 158.— Pp. 155−160.
- Gorodetskii V. V., Matveev A. V., Kalinkin A. V., Nieuwenhuys В. E. Mechanism for CO Oxidation and Oscillatory Reactions on Pd Tip and Pd (110) Surfaces: FEM, TPR, XPS Studies // Chem. Sustain. Develop. 2003. — Vol. 11. — Pp. 67−74.
- Matveev A. V., Elokhin V. I., Latkin E. I., Gorodetskii V. V. Anisotropic effect of adsorbed CO diffusion on the oscillatory behavior during CO Oxidation over Pd (110) Monte-Carlo model // Chem. Sust. Develop.- 2003.- Vol. 11.1. M- Pp. 173−180.5.