Adsorption and reaction of molecules of nitrogen oxide (NO) on the surface of nickel nano-sized clusters on aluminium oxide α-Al2O3(0001)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Adsorption and reaction of nitrogen oxide (NO) molecules on the surface of a model metal-oxide system formed by controlled deposition of nickel clusters under ultrahigh vacuum conditions on the surface of α-Al2O3(0001) aluminum oxide thin film grown on the Mo(110) substrate is studied in-situ by experimental surface analysis methods. According to X-ray photoelectron and electron Auger spectroscopy, infrared Fourier spectroscopy, and temperature-programmed desorption data, there is a conditional Ni cluster size of 2 nm that separates the nature of the electronic state of NO molecules adsorbed on their surface and their reactivity. It is found that the peculiarity of Ni clusters with a characteristic size not exceeding 2 nm is that NO molecules are adsorbed on their surface in the form of dimers (NO)2 while for clusters of larger size adsorption occurs in the form of monomers (NO). It is concluded that this difference is the reason for the different reaction behavior of the molecules. The key difference between clusters smaller and larger than 2 nm in size is that in the former case N2O molecules are formed upon heating the system and desorbed into the gas phase while this does not occur in the latter case. The formation of N2O is due to the mutual influence of NO molecules forming the (NO)2 dimer under the action of the metal/oxide interface. The results indicate that it is possible to tune the catalytic efficiency of the metal-oxide system by varying the size of the applied metal cluster.

About the authors

T. T. Magkoev

North Ossetian State University named after K. L. Khetagurov

Email: t_magkoev@mail.ru
Vladikavkaz, 362025 Russia

N. E. Pukhaeva

North Ossetian State University named after K. L. Khetagurov

Vladikavkaz, 362025 Russia

Y. Men

School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai University of Engineering Science

Shanghai, 201620 PR China

R. Behjatmanesh-Ardakani

Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ardakan University

P.O. Box 184, Ardakan, IR Iran

M. Elahifard

Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ardakan University

P.O. Box 184, Ardakan, IR Iran

O. G. Ashkhotov

Kh. M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University

Nalchik, 360004 Russia

References

  1. Shiotari A., Koshida H., Okuyama H. // Surf. Sci. Rep. 2021. V. 76. P. 100500. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2020.100500
  2. Kim D.H., Ringe S., Kim H. et al. // Nature Commun. 2021. V. 12. P. 1856. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22147-7
  3. Rosca V., Duca M., de Groot M.T., Koper M.T.M. // Chem. Rev. 2009. V. 109, P. 2209. https://doi.org/10.1021/cr8003696
  4. Hu Y., Griffiths K., Norton P.R. // Surf. Sci. 2009. V. 603. P. 1740. doi: 10.1016/j.susc.2008.09.051
  5. Smirnov M.Y., Gorodetskii V.V., Block, J.H. // J. Mol. Catal. A: Chem. 1996, V. 107. P. 359. https://doi.org/10.1016/1381-1169(95)00175-1
  6. de Vooys A.C.A., Koper M.T.M., van Santen R.A., van Veen J.A.R. // J. Catal. V. 2001. V. 202. P. 387. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.3275
  7. Hess C., Ozensoy E., Yi C.-W., Goodman D.W. // J. Am. Chem. Soc. V. 2006. V. 128. P. 2988. doi: 10.1021/ja057131q
  8. Paul D.K., Smith B.W., Marten C.D., Burchett J. // J. Mol. Catal. A: Chemical. 2001. V. 167. P. 67. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(00)00492-1
  9. Fuente S.A., Fortunato L.F., Domancich N. et al. // Surf. Sci. 2012. V. 606. P. 1948. http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2012.08.003
  10. Brown W.A., King D.A. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. P. 2578. doi: 10.1021/jp9930907.
  11. Conrad H., Ertl G., Kuppers J., Latta E.E. // Surf. Sci. 1975. V. 50. P. 296. https://doi.org/10.1016/0039-6028(75)90026-6
  12. Henry C.H. // Surf. Sci. Rep. 1998. V. 31. P. 235. https://doi.org/10.1016/S0167-5729(98)00002-8
  13. Hirschmugl C.J. // Surf. Sci. 2002. V. 500. P. 577. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(01)01523-0
  14. Chen P.J., Goodmann D.W. // Surf. Sci. 1994. V. 312. P. L767. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)90719-6
  15. Magkoev T.T., Christmann K., Moutinho A.M.C., Murata Y. // Surf. Sci. 2002. V. 515. P. 538. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(02)01972-6
  16. Venables J.A. Introduction to Surface and thin Films Processes. Cambridge: Univ. Press, 2010. 372 p. ISBN: 9780511755651. https://doi.org/10.1017/CBO9780511755651
  17. Baumer M., Freund H.-J. // Progr. Surf. Sci. 1999. V. 61. P. 127. https://doi.org/10.1016/S0079-6816(99)00012-X
  18. Grigorkina G.S., Zaalishvili V.B., Burdzieva O.G. et al. // Solid State Commun. 2018. V. 276. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2018.04.001
  19. Magkoev T.T. // Vacuum. 2021. V. 189. P. 110220. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110220
  20. Chen J.G., Erley W., Ibach H. // Surf. Sci. 1989. V. 224. P. 215. https://doi.org/10.1016/0039-6028(89)90911-4
  21. Demir S., Fellah M.F. // Surf. Sci. 2020. V. 701. P. 121689. https://doi.org/10.1016/j.susc.2020.121689
  22. Beniya A., Isomura N., Hirata H., Watanabe Y. // Surf. Sci. 2013. V. 613. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.susc.2013.03.001
  23. Blyholder G. // J. Phys. Chem. 1964. V. 68. P. 2772. https://doi.org/10.1021/j100792a006
  24. Aizawa H., Tsuneyuki S. // Surf. Sci. 1998. V. 399. P. L364. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(98)00042-9
  25. Wimmer E., Fu C.L., Freeman A.J. // Phys. Rev. Lett. 1985. V. 55. P. 2618. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.55.2618
  26. Jennison D.R., Verdozzi C., Schultz P.A., Sears M.P. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. R15605. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.R15605
  27. Mattsson A.E., Jennison D.R. // Surf. Sci. 2002. V. 520. P. L611. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(02)02209-4
  28. Tonner B.P., Kao C.M., Plummer E.W. et al. // Phys. Rev. Lett. 1983. V. 51. P. 1378. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.1378
  29. Ibach H., Lehwald S. // Surf. Sci. 1978. V. 76. P. l. https://doi.org/10.1016/0039-6028(78)90065-1
  30. Bertolo M., Jacobi K. // Surf. Sci. 1990. V. 226. P. 207. https://doi.org/10.1016/0039-6028(90)90486-R
  31. Hess C., Ozensoy E., Yi C.-W., Goodman D.W. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 2988. doi: 10.1021/ja057131q
  32. Duarte H.A., Salahub D.R. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 7464. doi: 10.1021/Jp9706801
  33. Pacchioni G., Rosch N. // Surf. Sci. 1994. V. 306. P. 169. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)91195-9
  34. Debeila M.A., Coville N.J., Scurrell M.S., Hearne G.R. // Catal. Today. 2002. V. 72. P. 79. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(01)00480-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».