Окисление графита диоксидом азота при комнатной температуре при участии наночастиц платиновых металлов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе представлен обзор результатов, полученных при исследовании взаимодействии NO2 с модельными системами, приготовленными вакуумным напылением платиновых металлов на поверхность высоко ориентированного пиролитического графита (M/ВОПГ, M = Pt, Pd, Rh), при комнатной температуре и давлении 10–6–10–4 мбар. Особое внимание было сосредоточено на установлении химического состояния частиц нанесенного металла и углеродного носителя с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Перед обработкой в NO2 образцы M/ВОПГ были охарактеризованы методами сканирующей туннельной и/или растровой электронной микроскопии (СТМ и РЭМ). При взаимодействии с NO2 нанесенные палладий и родий оставались в металлическом состоянии и при этом проявляли каталитическую активность в окислении графита. Процесс сопровождался разрушением структуры ≥10–15 графеновых слоев с внедрением частиц металла вглубь углеродного носителя. Родий проявлял меньшую активность в окислении графита по сравнению с палладием по причине заполнения его поверхности молекулами NO, возникающими при диссоциации NO2. При обработке в NO2 образцов с нанесенной платиной углеродный носитель претерпевал минимальные изменения без нарушения своей исходной структуры. При этом платина сохраняла металлическое состояние в случае ее нанесения на поверхность графита, отожженного в вакууме, и окислялась до оксидов PtO и PtO2 на поверхности, активированной травлением ионами аргона. На основании полученных результатов был предложен механизм взаимодействия систем M/ВОПГ с NO2 при комнатной температуре.

Об авторах

М. Ю. Смирнов

ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: smirnov@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5

А. В. Калинкин

ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: smirnov@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5

А. М. Сорокин

ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: smirnov@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5

А. Н. Саланов

ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: smirnov@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5

В. И. Бухтияров

ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: smirnov@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5

Список литературы

  1. Setiabudi A., Makkee M., Moulijn J.A. // Appl. Cat. B: Env. 2003. V. 42. P. 35.
  2. Dhal G.C., Dey S., Mohan D., Prasad R. // Cat. Rev. Sci. Eng. 2018. V. 60. P. 437.
  3. Khobragade R., Singh S.K., Shukla P.C., Gupta T., Al-Fatesh A.S., Agarwal A.K., Labhasetwar N.K. // Cat. Rev. Sci. Eng. 2019. V. 61. P. 447.
  4. Zheng Y., Kovarik L., Engelhard M.H., Wang Y., Wang Y., Gao F., Szanyi J. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 15793.
  5. Epling W.S., Campbell L.E., Yezerets A., Currier N.W., Parks J.E. // Catal. Rev. 2004. V. 46. P. 163.
  6. Olsson L., Fridell E. // J. Catal. 2002. V. 210. P. 340.
  7. Mulla S.S., Chen N., Delgass W.N., Epling W.S., Ribeiro F.H. // Catal. Lett. 2005. V. 100. P. 267.
  8. Bhatia D., McCabe R.W., Harold M.P., Balakotaiah V. // J. Catal. 2009. V. 266. P. 106.
  9. Mulla S.S., Chen N., Cumaranatunge L., Blau G.E., Zemlyanov D.Y., Delgass W.N., Epling W.S., Ribeiro F.H. // J. Catal. 2006. V. 241. P. 389.
  10. Boubnov A., Dahl S., Johnson E., Molina A.P., Simonsen S.B., Cano F.M., Helveg S., Lemus-Yegres L.J., Grunwaldt J.-D. // Appl. Cat. B: Env. 2012. V. 126. P. 315.
  11. Benard S., Retailleau L., Gaillard F., Vernoux P., Giroir-Fendler A. // Appl. Catal. B: Env. 2005. V. 55 P. 11.
  12. Mirkelamoglu B., Liu M., Ozkan U.S. // Catal. Today. 2010. V. 151. P. 386.
  13. Калинкин А.В., Сорокин А.М., Смирнов М.Ю., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. С. 371.
  14. Смирнов М.Ю., Вовк Е.И., Нартова А.В., Калинкин А.В., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. С. 631.
  15. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 893.
  16. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 568.
  17. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Саланов А.Н., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. С. 619.
  18. Demidov D.V., Prosvirin I.P., Sorokin A.M., Bukhtiyarov V.I. // Catal. Sci. Technol. 2011. V. 1. P. 1432.
  19. Демидов Д.В., Просвирин И.П., Сорокин А.М., Роша Е., Кноп-Герике А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2011. Т. 52. С. 877.
  20. Lopez-Salido I., Lim D.C., Kim Y.D. // Surf. Sci. 2005. V. 588. P. 6.
  21. Stable A., Eichhorst-Gerner K., Rabe J.P., Gonzalez-Elipe A.R. // Langmuir. 1998. V. 14. P. 7324.
  22. Yang D.-Q., Sacher E. // Surf. Sci. 2002. V. 504. P. 125.
  23. Rousseau B., Estrade-Szwarckopf H., Thomann A.-L., Brault P. // Appl. Phys. A. 2003. V. 77. P. 591.
  24. Utsumi S., Honda H., Hattori Y., Kanoh H., Takahashi K., Sakai H., Abe M., Yudasaka M., Iijima S., Kaneko K. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 5572.
  25. Paredes J.I., Martınez-Alonso A., Tascon J.M.D. // Langmuir. 2007. V. 23. P. 8932.
  26. Demoisson F., Raes M., Terryn H., Guillot J., Migeon H.-N., Reniers F. // Surf. Interface Anal. 2008. V. 40. P. 566.
  27. Sandhu J., Chauhan A.K.S., Govind // J. Nanopart. Res. 2011. V. 13. P. 3503.
  28. Blume R., Rosenthal D., Tessonnier J.-P., Li H., Knop-Gericke A., Schlogl R. // ChemCatChem. 2015. V. 7. P. 2871.
  29. http://xpspeak.software.informer.com/4.1/.
  30. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. Eden Prairie: Perkin-Elmer Co, 1992.
  31. Horcas I., Fernandez R., Gomez-Rodriquez J.M., Colchero J., Gomez-Herrero J., Baro A.M. // Rev. Sci. Instrum. 2007. V. 78. P. 013705_1.
  32. Figueiredo J.L., Pereira M.F.R. // Catal. Today. 2010. V. 150. P. 2.
  33. Aktary M., Lee C.E., Xing Y., Bergens S.H., McDermott M.T. // Langmuir. 2000. V. 16. P. 5837.
  34. Lu G., Zangari G. // Electrochimica Acta. 2006. V. 51. P. 2531.
  35. Gao J., Guo Q. // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 258. P. 5412.
  36. Favaro M., Agnoli S., Perini L., Durante C., Gennaro A., Granozzi G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. P. 2923.
  37. Yuan Z., Hanf M.C., Stephan R., Dulot F., Denys E., Florentin A., Harbich W., Wetzel P. // Surf. Interface Anal. 2015. V. 47. P. 82.
  38. Kettner M., Stumm C., Schwarz M., Schuschke C., Libuda J. // Surf. Sci. 2019. V. 679. P. 64.
  39. Fiordaliso E.M., Murphy S., Nielsen R.M., Dahl S., Chorkendorff I. // Surf. Sci. 2012. V. 606. P. 263.
  40. Porsgaard S., Ono L.K., Zeuthen H., Knudsen J., Schnadt J., Merte L.R., Chevallier J., Helveg S., Salmeron M., Wendt S., Besenbacher F. // ChemPhysChem. 2013. V. 14. P. 1553.
  41. Smirnov M.Yu., Kalinkin A.V., Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov V.I. // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. P. 10419.
  42. Schnyder B., Alliata D., Kotz R., Siegenthaler H. // Appl. Surf. Sci. 2001. V. 173. P. 221.
  43. Susi T., Pichler T., Ayala P. // Beilstein J. Nanotechnol. 2015. V. 6. P. 177.
  44. Paredes J.I., Martınez-Alonso A., Tascon J.M.D. // Langmuir. 2007. V. 23. P. 8932.
  45. Afanas’ev V.P., Bocharov G.S., Eletskii A.V., Ridzel O.Yu., Kaplya P.S., Koppen M. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2017. V. 35. P. 041804.
  46. Zhu C., Hao X., Liu Y., Wu Y., Wang J. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 427. P. 1137.
  47. Wang Z.-M., Kanoh H., Kaneko K., Lu G.Q., Do D. // Carbon. 2002. V. 40. P. 1231.
  48. Fu C., Zhao G., Zhang H., Li S. // Int. J. Electrochem. Sci. 2013. V. 8. P. 6269.
  49. Saravanan M., Girisun T.C.S., Rao S.V. // J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. P. 9929.
  50. Martínez M.T., Callejas M.A., Benito A.M., Cochet M., Seeger T., Anson A., Schreiber J., Gordon C., Marhic C., Chauvet O., Fierro J.L.G., Maser W.K. // Carbon. 2003. V. 41. P. 2247.
  51. Yang D., Velamakanni A., Bozoklu G., Park S., Stoller M., Piner R.D., Stankovich S., Jung I., Field D.A., Ventrice C.A., Ruoff R.S. // Carbon. 2009. V. 47. P. 145.
  52. Hou S., Su S., Kasner M.L., Shah P., Patel K., Madarang C.J. // Chem. Phys. Lett. 2010. V. 501. P. 68.
  53. Ganguly A., Sharma S., Papakonstantinou P., Hamilton J. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 17009.
  54. Stobinski L., Lesiak B., Malolepszy A., Mazurkiewicz M., Mierzwa B., Zemek J., Jiricek P., Bieloshapka I. // J. Electron Spectrosc. Related Phenom. 2014. V. 195. P. 145.
  55. Jena G., Vanithakumari S.C., Thinaharan C., George R.P., Mudali U.K. // J. Bio. Tribol. Corrosion. 2018. V. 4. P. 20.
  56. Shinotsuka H., Tanuma S., Powell C.J., Penn D.R. // Surf. Interf. Anal. 2015. V. 47. P. 871.
  57. Huizinga T., Van t’Blik H.F.J., Vis J.C., Prins R. // Surf. Sci. 1983. V. 135. P. 580
  58. Steinruck H.P., Pesty F., Zhang L., Madey T.E. // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. P. 2427.
  59. Holl Y., Krill G., Amamou A., Legare P., Hilaire L., Maire G. // Solid State Commun. 1979. V. 32. P. 1189.
  60. Kaushik V.K. // Z. Phys. Chem. 1991. V. 173. P. 105.
  61. Zafeiratos S., Papakonstantinou G., Jacksic M.M., Neophytides S.G. // J. Catal. 2005. V. 232. P. 127.
  62. Huang C.H., Wang I.K., Lin Y.M., Tseng Y.H., Lu C.M. // J. Mol. Catal. A. 2010. V. 316. P. 163.
  63. Peuckert M., Bonzel H.P. // Surf. Sci. 1984. V. 145. P. 239.
  64. Abe Y., Yanagisawa H., Sasaki K. // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. V. 37. P. 4482.
  65. Pitchon V., Fritz A. // J. Catal. 1999. V. 186. P. 64.
  66. Despres J., Elsener M., Koebel M., Krocher O., Schnyder B., Wokaun A. // Appl. Catal. B: Env. 2004. V. 50. P. 73.
  67. Katrib A. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1980. V. 18. P. 275.
  68. Kalinkin A.V., Smirnov M.Yu., Nizovskii A.I., Bukhtiyarov V.I. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010. V. 177. P. 15.
  69. Nosova L.V., Stenin M.V., Nogin Yu.N., Ryndin Yu.A. // Appl. Surf. Sci. 1992. V. 55. P. 43.
  70. Aiyer H.N., Vijayakrishnan V., Subbanna G.N., Rao C.N.R. // Surf. Sci. 1994. V. 313. P. 392.
  71. Oktar N., Mitome J., Holmgreen E.M., Ozkan U.S. // J. Mol. Catal. A. 2006. V. 259 P. 171.
  72. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Клембовский И.О., Бухтияров В.И. // ЖСХ. 2019. Т. 60. С. 1846.
  73. Dementjev A.P., Ivanov K.E., Tsyvkunova E.A. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 357. P. 1434.
  74. Sjovall P., So S.K., Kasemo B., Franchy R., Ho W. // Chem. Phys. Lett. 1990. V. 172. P. 125.
  75. Oh Y.J., Yoo J.J., Kim Y.I., Yoon J.K., Yoon H.N., Kim J.-H., Park S.B. // Electrochimica Acta. 2014. V. 116. P. 118.
  76. Langley L.A., Villanueva D.E., Fairbrother D.H. // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 169.
  77. Zemlyanov D.Y., Hornung A., Weinberg G., Wild U., Schlogl R. // Langmuir. 1998. V. 14. P. 3242.
  78. Morrow B.A., McFarlane R.A., Moran L.E. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. P. 77.
  79. Huang W., Jiang Z., Jiao J., Tan D., Zhai R., Bao X. // Surf. Sci. 2002. V. 506. P. L287.
  80. Jiang Z., Huang W., Tan D., Zhai R., Bao X. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 4860.
  81. Svintsitskiy D.A., Kibis L.S., Stadnichenko A.I., Koscheev S.V., Zaikovskii V.I., Boronin A.I. // ChemPhysChem. 2015. V. 16. P. 3318.
  82. Biniak S., Szymanski G., Siedlewski J., Swiatkowski A. // Carbon. 1997. V. 35. P. 1799.
  83. Stanczyk K., Dziembaj R., Piwowarsca Z., Witkowski S. // Carbon. 1995. V. 33. P. 1383.
  84. Pels J.R., Kapteijn F., Moulijn J.A., Zhu Q., Thomas K.M. // Carbon. 1995. V. 33. P. 1641.
  85. Ghosh B., Sarma S., Pontsho M., Ray S.C. // Diamond Relat. Mater. 2018. V. 89. P. 35.
  86. Miki H., Nagase H., Nagase T., Kioka T., Sugai S., Kawasaki K. // Appl. Surf. Sci. 1988. V. 33–34. P. 292.
  87. Sugai S., Watanabe H., Kioka T., Miki H., Kawasaki K. // Surf. Sci. 1991. V. 259. P. 109.
  88. Weststrate C.J., Bakker J.W., Rienks E.D.L., Vinod C.P., Matveev A.V., Gorodetskii V.V., Nieuwenhuys B.E. // J. Cat. 2006. V. 242. P. 184.
  89. Weststrate C.J., Bakker J.W., Rienks E.D.L., Vinod C.P., Lizzit S., Petaccia L., Baraldi A., Nieuwenhuys B.E. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 1991.
  90. Shimada T., Mun B.S., Nakai I.F., Banno A., Abe H., Iwasawa Y., Ohta T., Kondoh H. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 17030.
  91. Toyoshima R., Yoshida M., Monya Y., Suzuki K., Amemiya K., Mase K., Mun B.S., Kondoh H. // Surf. Sci. 2013. V. 615. P. 33.
  92. Baird R.J., Ku R.C., Wynblatt P. // Surf. Sci. 1980. V. 97. P. 346.
  93. Baraldi A., Dhanak V.R., Kiskinova M., Rosei R. // Appl. Surf. Sci. 1994. V. 78. P. 445.
  94. Lizzit S., Baraldi A., Cocco D., Comelli G., Paolucci G., Rosei R., Kiskinova M. // Surf. Sci. 1998. V. 410. P. 228.
  95. Bondino F., Comelli G., Baraldi A., Vesselli E., Rosei R., Goldoni A., Lizzit S. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 12534.
  96. Nakamura I., Kobayashi Y., Hamada H., Fujitani T. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 3235.
  97. Saito T., Esaka F., Furuya K., Kikuchi T., Imamura M., Matsubayashi N., Shimada H. // J. Electron Spectrosc. Related Phenom. 1998. V. 88-91. P. 763.
  98. Requejo F.G., Hebenstreit E.L.D., Ogletree D.F., Salmeron M. // J. Catal. 2004. V. 226. P. 83.
  99. Kostecki R., Schnyder B., Alliata D., Song X., Kinoshita K., Kotz R. // Thin Solid Films. 2001. V. 396. P. 36.
  100. Wickham D.T., Banse B.A., Koel B.E. // Surf. Sci. 1991. V. 243. P. 83.
  101. Jirsak T., Dvorak J., Rodriguez J.A. // Surf. Sci. 1999. V. 436. P. L683.
  102. Desikusumastuti A., Happel M., Qin Z., Staudt T., Lykhach Y., Laurin M., Shaikhutdinov S., Rohr F., Libuda J. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 9755.
  103. Uy D., O’Neill A.E., Weber W.H. // Appl. Catal. B: Env. 2002. V. 35. P. 219.
  104. Parker D.H., Koel B.E. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. P. 2585.
  105. Banse B.A., Koel B.E. // Surf. Sci. 1990. V. 232. P. 275.
  106. Zheng G., Altman E.I. // Surf. Sci. 2000. V. 462. P. 151.
  107. Peterlinz K.A., Sibener S.J. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. P. 2817.
  108. Conrad H., Ertl G., Kuppers J., Latta E. // Surf. Sci. 1977. V. 65. P. 245.
  109. Heras J.M., Estiu G., Viscido L. // Thin Solid Films. 1990. V. 188. P. 165.
  110. Stara I., Nehasil V., Matolin V. // Surf. Sci. 1995. V. 331–333. P. 173.
  111. Leisenberger F.P., Koller G., Sock M., Surnev S., Ramsey M.G., Netzer F.P., Klotzer B., Hayek K. // Surf. Sci. 2000. V. 445. P. 380.
  112. Zemlyanov D., Azalos-Kiss B., Kleimenov E., Teschner D., Zafeiratos S., Havecker M., Knop-Gericke A., Schlogl R., Gabasch H., Unterberger W., Hayek K., Klotzer B. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 983.
  113. Gabasch H., Unterberger W., Hayek K., Klotzer B., Kleimenov E., Teschner D., Zafeiratos S., Havecker M., Knop-Gericke A., Schlogl R., Han J., Ribeiro F.H., Aszalos-Kiss B., Curtin T., Zemlyanov D. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 2980.
  114. Han J., Zemlyanov D.Y., Ribeiro F.H. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 2752.
  115. Nagarajan S., Thirunavukkarasu K., Gopinath C.S. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 7385.
  116. Супрун Е.А., Саланов А.Н. // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. С. 98.
  117. Titkov A.I., Salanov A.N., Koscheev S.V., Boronin A.I. // React. Kinet. Catal. Lett. 2005. V. 86. P. 371.
  118. Titkov A.I., Salanov A.N., Koscheev S.V., Boronin A.I. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 4119.
  119. Wider J., Greber T., Wetli E., Kreutz T.J., Schwaller P., Osterwalder J. // Surf. Sci. 1998. V. 417. P. 301.
  120. Monine M.I., Schaak A., Rubinstein B.Y., Imbihl R., Pismen L.M. // Catal. Today. 2001. V. 70. P. 321.
  121. Gibson K.D., Killelea D.R., Sibener S.J. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 14977.
  122. Farber R.G., Turano M.E., Oskorep E.C.N., Wands N.T., Juurlink L.B.F., Killelea D.R. // J. Phys.: Condens. Matter. 2017. V. 29. P. 164002.
  123. German E.D., Sheintuch M., Kuznetsov A.M. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 15326.
  124. Campbell C.T., White J.M. // Appl. Surf. Sci. 1978. V. 1. P. 347.
  125. Root T.W., Schmidt L.D., Fisher G.B. // Surf. Sci. 1983. V. 134. P. 30
  126. Schmatloch V., Kruse N. // Surf. Sci. 1992. V. 269/270. P. 488.
  127. Morales C., Diaz-Fernandez D., Mossanek R.J.O., Abbate M., Mendez J., Perez-Dieste V., Escudero C., Rubio-Zuazo J., Prieto P., Soriano L. // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 509. P. 145118.

Дополнительные файлы


© М.Ю. Смирнов, А.В. Калинкин, А.М. Сорокин, А.Н. Саланов, В.И. Бухтияров, 2023