Окисление графита диоксидом азота при комнатной температуре при участии наночастиц платиновых металлов
- Авторы: Смирнов М.Ю.1, Калинкин А.В.1, Сорокин А.М.1, Саланов А.Н.1, Бухтияров В.И.1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
- Выпуск: Том 64, № 1 (2023)
- Страницы: 3-20
- Раздел: ОБЗОР
- URL: https://journals.rcsi.science/0453-8811/article/view/136996
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123010094
- EDN: https://elibrary.ru/KIWSES
- ID: 136996
Цитировать
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
- Setiabudi A., Makkee M., Moulijn J.A. // Appl. Cat. B: Env. 2003. V. 42. P. 35.
- Dhal G.C., Dey S., Mohan D., Prasad R. // Cat. Rev. Sci. Eng. 2018. V. 60. P. 437.
- 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.
- Zheng Y., Kovarik L., Engelhard M.H., Wang Y., Wang Y., Gao F., Szanyi J. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 15793.
- Epling W.S., Campbell L.E., Yezerets A., Currier N.W., Parks J.E. // Catal. Rev. 2004. V. 46. P. 163.
- Olsson L., Fridell E. // J. Catal. 2002. V. 210. P. 340.
- Mulla S.S., Chen N., Delgass W.N., Epling W.S., Ribeiro F.H. // Catal. Lett. 2005. V. 100. P. 267.
- Bhatia D., McCabe R.W., Harold M.P., Balakotaiah V. // J. Catal. 2009. V. 266. P. 106.
- 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.
- 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.
- Benard S., Retailleau L., Gaillard F., Vernoux P., Giroir-Fendler A. // Appl. Catal. B: Env. 2005. V. 55 P. 11.
- Mirkelamoglu B., Liu M., Ozkan U.S. // Catal. Today. 2010. V. 151. P. 386.
- Калинкин А.В., Сорокин А.М., Смирнов М.Ю., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. С. 371.
- Смирнов М.Ю., Вовк Е.И., Нартова А.В., Калинкин А.В., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. С. 631.
- Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 893.
- Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 568.
- Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Саланов А.Н., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. С. 619.
- Demidov D.V., Prosvirin I.P., Sorokin A.M., Bukhtiyarov V.I. // Catal. Sci. Technol. 2011. V. 1. P. 1432.
- 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.
- Lopez-Salido I., Lim D.C., Kim Y.D. // Surf. Sci. 2005. V. 588. P. 6.
- Stable A., Eichhorst-Gerner K., Rabe J.P., Gonzalez-Elipe A.R. // Langmuir. 1998. V. 14. P. 7324.
- Yang D.-Q., Sacher E. // Surf. Sci. 2002. V. 504. P. 125.
- Rousseau B., Estrade-Szwarckopf H., Thomann A.-L., Brault P. // Appl. Phys. A. 2003. V. 77. P. 591.
- 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.
- Paredes J.I., Martınez-Alonso A., Tascon J.M.D. // Langmuir. 2007. V. 23. P. 8932.
- Demoisson F., Raes M., Terryn H., Guillot J., Migeon H.-N., Reniers F. // Surf. Interface Anal. 2008. V. 40. P. 566.
- Sandhu J., Chauhan A.K.S., Govind // J. Nanopart. Res. 2011. V. 13. P. 3503.
- Blume R., Rosenthal D., Tessonnier J.-P., Li H., Knop-Gericke A., Schlogl R. // ChemCatChem. 2015. V. 7. P. 2871.
- http://xpspeak.software.informer.com/4.1/.
- Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. Eden Prairie: Perkin-Elmer Co, 1992.
- 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.
- Figueiredo J.L., Pereira M.F.R. // Catal. Today. 2010. V. 150. P. 2.
- Aktary M., Lee C.E., Xing Y., Bergens S.H., McDermott M.T. // Langmuir. 2000. V. 16. P. 5837.
- Lu G., Zangari G. // Electrochimica Acta. 2006. V. 51. P. 2531.
- Gao J., Guo Q. // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 258. P. 5412.
- Favaro M., Agnoli S., Perini L., Durante C., Gennaro A., Granozzi G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. P. 2923.
- 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.
- Kettner M., Stumm C., Schwarz M., Schuschke C., Libuda J. // Surf. Sci. 2019. V. 679. P. 64.
- Fiordaliso E.M., Murphy S., Nielsen R.M., Dahl S., Chorkendorff I. // Surf. Sci. 2012. V. 606. P. 263.
- 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.
- Smirnov M.Yu., Kalinkin A.V., Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov V.I. // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. P. 10419.
- Schnyder B., Alliata D., Kotz R., Siegenthaler H. // Appl. Surf. Sci. 2001. V. 173. P. 221.
- Susi T., Pichler T., Ayala P. // Beilstein J. Nanotechnol. 2015. V. 6. P. 177.
- Paredes J.I., Martınez-Alonso A., Tascon J.M.D. // Langmuir. 2007. V. 23. P. 8932.
- 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.
- Zhu C., Hao X., Liu Y., Wu Y., Wang J. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 427. P. 1137.
- Wang Z.-M., Kanoh H., Kaneko K., Lu G.Q., Do D. // Carbon. 2002. V. 40. P. 1231.
- Fu C., Zhao G., Zhang H., Li S. // Int. J. Electrochem. Sci. 2013. V. 8. P. 6269.
- Saravanan M., Girisun T.C.S., Rao S.V. // J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. P. 9929.
- 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.
- 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.
- Hou S., Su S., Kasner M.L., Shah P., Patel K., Madarang C.J. // Chem. Phys. Lett. 2010. V. 501. P. 68.
- Ganguly A., Sharma S., Papakonstantinou P., Hamilton J. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 17009.
- 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.
- Jena G., Vanithakumari S.C., Thinaharan C., George R.P., Mudali U.K. // J. Bio. Tribol. Corrosion. 2018. V. 4. P. 20.
- Shinotsuka H., Tanuma S., Powell C.J., Penn D.R. // Surf. Interf. Anal. 2015. V. 47. P. 871.
- Huizinga T., Van t’Blik H.F.J., Vis J.C., Prins R. // Surf. Sci. 1983. V. 135. P. 580
- Steinruck H.P., Pesty F., Zhang L., Madey T.E. // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. P. 2427.
- Holl Y., Krill G., Amamou A., Legare P., Hilaire L., Maire G. // Solid State Commun. 1979. V. 32. P. 1189.
- Kaushik V.K. // Z. Phys. Chem. 1991. V. 173. P. 105.
- Zafeiratos S., Papakonstantinou G., Jacksic M.M., Neophytides S.G. // J. Catal. 2005. V. 232. P. 127.
- Huang C.H., Wang I.K., Lin Y.M., Tseng Y.H., Lu C.M. // J. Mol. Catal. A. 2010. V. 316. P. 163.
- Peuckert M., Bonzel H.P. // Surf. Sci. 1984. V. 145. P. 239.
- Abe Y., Yanagisawa H., Sasaki K. // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. V. 37. P. 4482.
- Pitchon V., Fritz A. // J. Catal. 1999. V. 186. P. 64.
- Despres J., Elsener M., Koebel M., Krocher O., Schnyder B., Wokaun A. // Appl. Catal. B: Env. 2004. V. 50. P. 73.
- Katrib A. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1980. V. 18. P. 275.
- Kalinkin A.V., Smirnov M.Yu., Nizovskii A.I., Bukhtiyarov V.I. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010. V. 177. P. 15.
- Nosova L.V., Stenin M.V., Nogin Yu.N., Ryndin Yu.A. // Appl. Surf. Sci. 1992. V. 55. P. 43.
- Aiyer H.N., Vijayakrishnan V., Subbanna G.N., Rao C.N.R. // Surf. Sci. 1994. V. 313. P. 392.
- Oktar N., Mitome J., Holmgreen E.M., Ozkan U.S. // J. Mol. Catal. A. 2006. V. 259 P. 171.
- Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Клембовский И.О., Бухтияров В.И. // ЖСХ. 2019. Т. 60. С. 1846.
- Dementjev A.P., Ivanov K.E., Tsyvkunova E.A. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 357. P. 1434.
- Sjovall P., So S.K., Kasemo B., Franchy R., Ho W. // Chem. Phys. Lett. 1990. V. 172. P. 125.
- 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.
- Langley L.A., Villanueva D.E., Fairbrother D.H. // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 169.
- Zemlyanov D.Y., Hornung A., Weinberg G., Wild U., Schlogl R. // Langmuir. 1998. V. 14. P. 3242.
- Morrow B.A., McFarlane R.A., Moran L.E. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. P. 77.
- Huang W., Jiang Z., Jiao J., Tan D., Zhai R., Bao X. // Surf. Sci. 2002. V. 506. P. L287.
- Jiang Z., Huang W., Tan D., Zhai R., Bao X. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 4860.
- Svintsitskiy D.A., Kibis L.S., Stadnichenko A.I., Koscheev S.V., Zaikovskii V.I., Boronin A.I. // ChemPhysChem. 2015. V. 16. P. 3318.
- Biniak S., Szymanski G., Siedlewski J., Swiatkowski A. // Carbon. 1997. V. 35. P. 1799.
- Stanczyk K., Dziembaj R., Piwowarsca Z., Witkowski S. // Carbon. 1995. V. 33. P. 1383.
- Pels J.R., Kapteijn F., Moulijn J.A., Zhu Q., Thomas K.M. // Carbon. 1995. V. 33. P. 1641.
- Ghosh B., Sarma S., Pontsho M., Ray S.C. // Diamond Relat. Mater. 2018. V. 89. P. 35.
- Miki H., Nagase H., Nagase T., Kioka T., Sugai S., Kawasaki K. // Appl. Surf. Sci. 1988. V. 33–34. P. 292.
- Sugai S., Watanabe H., Kioka T., Miki H., Kawasaki K. // Surf. Sci. 1991. V. 259. P. 109.
- 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.
- 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.
- 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.
- Toyoshima R., Yoshida M., Monya Y., Suzuki K., Amemiya K., Mase K., Mun B.S., Kondoh H. // Surf. Sci. 2013. V. 615. P. 33.
- Baird R.J., Ku R.C., Wynblatt P. // Surf. Sci. 1980. V. 97. P. 346.
- Baraldi A., Dhanak V.R., Kiskinova M., Rosei R. // Appl. Surf. Sci. 1994. V. 78. P. 445.
- Lizzit S., Baraldi A., Cocco D., Comelli G., Paolucci G., Rosei R., Kiskinova M. // Surf. Sci. 1998. V. 410. P. 228.
- Bondino F., Comelli G., Baraldi A., Vesselli E., Rosei R., Goldoni A., Lizzit S. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 12534.
- Nakamura I., Kobayashi Y., Hamada H., Fujitani T. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 3235.
- 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.
- Requejo F.G., Hebenstreit E.L.D., Ogletree D.F., Salmeron M. // J. Catal. 2004. V. 226. P. 83.
- Kostecki R., Schnyder B., Alliata D., Song X., Kinoshita K., Kotz R. // Thin Solid Films. 2001. V. 396. P. 36.
- Wickham D.T., Banse B.A., Koel B.E. // Surf. Sci. 1991. V. 243. P. 83.
- Jirsak T., Dvorak J., Rodriguez J.A. // Surf. Sci. 1999. V. 436. P. L683.
- 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.
- Uy D., O’Neill A.E., Weber W.H. // Appl. Catal. B: Env. 2002. V. 35. P. 219.
- Parker D.H., Koel B.E. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. P. 2585.
- Banse B.A., Koel B.E. // Surf. Sci. 1990. V. 232. P. 275.
- Zheng G., Altman E.I. // Surf. Sci. 2000. V. 462. P. 151.
- Peterlinz K.A., Sibener S.J. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. P. 2817.
- Conrad H., Ertl G., Kuppers J., Latta E. // Surf. Sci. 1977. V. 65. P. 245.
- Heras J.M., Estiu G., Viscido L. // Thin Solid Films. 1990. V. 188. P. 165.
- Stara I., Nehasil V., Matolin V. // Surf. Sci. 1995. V. 331–333. P. 173.
- 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.
- 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.
- 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.
- Han J., Zemlyanov D.Y., Ribeiro F.H. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 2752.
- Nagarajan S., Thirunavukkarasu K., Gopinath C.S. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 7385.
- Супрун Е.А., Саланов А.Н. // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. С. 98.
- Titkov A.I., Salanov A.N., Koscheev S.V., Boronin A.I. // React. Kinet. Catal. Lett. 2005. V. 86. P. 371.
- Titkov A.I., Salanov A.N., Koscheev S.V., Boronin A.I. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 4119.
- Wider J., Greber T., Wetli E., Kreutz T.J., Schwaller P., Osterwalder J. // Surf. Sci. 1998. V. 417. P. 301.
- Monine M.I., Schaak A., Rubinstein B.Y., Imbihl R., Pismen L.M. // Catal. Today. 2001. V. 70. P. 321.
- Gibson K.D., Killelea D.R., Sibener S.J. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 14977.
- 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.
- German E.D., Sheintuch M., Kuznetsov A.M. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 15326.
- Campbell C.T., White J.M. // Appl. Surf. Sci. 1978. V. 1. P. 347.
- Root T.W., Schmidt L.D., Fisher G.B. // Surf. Sci. 1983. V. 134. P. 30
- Schmatloch V., Kruse N. // Surf. Sci. 1992. V. 269/270. P. 488.
- 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.