Bridging gaps in catalysis: from naphthalene decomposition to CO oxidation
Tid: On 2024-10-30 kl 10.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64489297831
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Lea Hohmann , Processteknologi
Opponent: Professor Christian Papp, Freie Universität Berlin, Tyskland
Handledare: Universitetslektor Dan James Harding, Processteknologi; Professor Klas Engvall, Processteknologi; Universitetslektor Efthymios Kantarelis, Processteknologi, Materialvetenskap
QC 20241007
Abstract
Ytvetenskaplig teknik har länge använts på förenklade modellreaktioner för att studera katalytiska mekanismer och aspekter av ytreaktioner som är normalt svåra att isolera i en verklig miljö. Flera experimentella tekniker kombineras för att få information om struktur, ytkinetik, ytdynamik och reaktionskemi. En viktig inriktning inom ytvetenskap idag är strävan att ”stänga gapet” mot katalys under verkliga förhållanden: att utvidga experimentella tekniker till högre tryck än ultrahögvakuum (UHV) som är typiskt i ytvetenskap, utforska katalysatorer med mer komplex struktur och att introducera något av komplexiteten som återfinns under verkliga reaktionsförhållanden.
I denna avhandling presenteras experimentella studier på två modellreaktioner. I den första delen undersöktes reaktionen av naftalen på Ni(111) och Fe(110) som en modell för katalytisk nedbrytning av tjära, vilket används vid biomassaförgasning. Effekten av svavel, en typisk förorening i biomassa, på dehydrogeneringen av naftalen på Ni(111) undersöktes med XPS och STM. Resultaten visar att svavel hämma kolinlösning i enkristallytan. Nedbrytningen av naftalen på Fe(110) studerades på en ren yt och i närvaro av syre med XPS, TPD och SFG för att möjliggöra en direkt jämförelse med Ni(111). Resulaten visar på en liknande aktivitet för nedbrytningen av naftalen, men även betydliga skillnader i klyvning av kol-kolbindningar, bildningen av ytkol och katalytiska aktiviteten hos ”smutsiga” ytor.
I den andra delen, undersöktes oxidation av CO på Pd(110) som en modell för palladiumkatalysatorer och som ett exempel på hur rekonstruktion av ytan och tryck högre än UHV påverkar reaktionen. Reaktionen studerades med ettnyligen utvecklat instrument för hastighetsavbildning vid tryck nära omgivningstryck (NAP-VMI), som möjliggör samtidig mätning av hastighetskonstanter och dynamisk information vid tryck upp till 10−3 mbar. Med VMIs unika möjligheter kunde två reaktionsvägar med snabb omvandling upptäckas och tillskrivas två olika adsorptionssäten av CO, samt en aktiveringsenergi extraheras.
Forskningen som presenteras här visar nyttan av dessa ytvetenskapliga metoder för att förstå katalytiska mekanismer. Den också avslöjer några viktiga begränsningar och möjligheter för framtida utveckling.