Ruthenium als Oxidationskatalysator: Kinetische, spektroskopische und strukturelle Untersuchungen an metallischen und oxidischen Realkatalysatoren und Einkristalloberflächen

钌作为氧化催化剂：金属和氧化真实催化剂以及单晶表面的动力学、光谱和结构研究

• 批准号: 5253712
• 负责人: Professor Dr. Herbert Over
• 金额: --
• 依托单位: Physikalisch-Chemisches Institut
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Priority Programmes
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 1999-12-31 至 2007-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5253712?language=en
• 关键词: Ruthenium; als; Oxidationskatalysator; Kinetische; spektroskopische

In dem vorliegenden Projektantrag sollen sowohl die Druck- als auch die Materiallücke im Bereich der Oxidationskatalyse mit Ru überbrückt werden. Die Komplexität der Katalysatoren wird schrittweise im Bereich der idealen Systeme von Ru-Einkristalloberflächen über Ru-Filme zu polykristallinem Ru-Metallpulver und geträgerten Ru-Nanopartikel im Bereich der realen Systeme erhöht. Es ist zu erwarten, dass mit fallendem Ordnungsgrad der Systeme die Reaktivität und die Tendenz zur Oxidbildung steigen, so dass auch RuO2 in Form von verschieden orientierten Einkristalloberflächen bzw. als polykristallines Material miteinbezogen wird. Die katalytischen Eigenschaften von Ruthenium bei Oxidationsreaktionen hängen entscheidend vom Sauerstoffpartialdruck und der Temperatur ab, da je nach Reaktionsbedingungen ein kom-plexes Wechselspiel zwischen einer Fülle von Sauerstoff-Spezies auftritt. Die Sauerstoffbedeckung auf Ruthenium kann vom Submonolagenbereich über QO = 0.5 im UHV und QO = 1.0 (NO2 im UHV, Hochdruck) bis zu der Bildung von Subsurface-Sauerstoff und von RuO2-Domänen erhöht werden. Dabei wird die geringe Oxidationsaktivität im UHV zur hohen Oxidationsaktivität bei Hochdruck gesteigert. Es sollen drei Oxidationsreaktionen sowohl im Ultrahochvakuum (UHV) als auch bei Drücken > 1 mbar untersucht werden: Die Oxidation von CO zu CO2, deren Reaktionsgeschwindigkeit stark vom Sauerstoffbedeckungsgrad abhängt, die oxidative Dehydrierung von Methanol zu Formaldehyd, deren Selektivität zu CH2O mit steigendem oxidischen Charakter von Ru zunimmt und die endotherme CO2-Reformierung von CH4 zu Synthesegas (CH4 CO2 = 2 CO 2 H2), für die Ru hochaktiv ist. Zur Bestimmung der Elementarschrittkinetik an den Realkatalysatoren wird ein Pulsreaktor (TAP-Reaktor, temporal analysis of products) eingesetzt, der sowohl im Hochvakuum als auch bei atmosphärischem Druck arbeiten kann. Die Charakterisierung der Realkatalysatoren erfolgt mit der Infrarot-Spektroskopie (FTIR), die im Hochvakuum in Transmission und bei atmosphärischem Druck in diffuser Reflexion (DRIFTS) angewandt wird, um molekulare Adsorbate (z.B. COads, CHx,ads, CH3Oads) und deren Beeinflussung durch Koadsorbate als Funktion der Partialdrücke und der Temperatur zu detektieren. Im Bereich der Einkristalluntersuchungen soll insbesondere die oxidative Dehydrierung von Methanol zu Formaldehyd auf den sauerstoff-vorbelegten Ru(0001)-Oberflächen (variable O-Konzentration: 0.25 ML - 10 ML) bis hin zu Rutheniumoxiden unter UHV-Bedingungen hinsichtlich atomarer Struktur, Morphologie, Reaktivität und elektronischer Struktur untersucht werden. Die verwendeten Techniken umfassen die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED), hochauflösendes LEED (SPALEED), Oberflächenröntgenbeugung (SXRD), Thermo-desorptions-spektroskopie (TDS) und Photoelektronenspektroskopie (UPS, XPS), deren Ergebnisse durch begleitende Dichtefunktional-Theorie (DFT-GGA-)Rechnungen unterstützt werden sollen. Durch die Verwendung eines Mikrokapillar-Dosers, eines Transfersystems zwischen UHV-Kammer und einer Hochdruckzelle sowie durch in situ EXAFS/NEXAFS-Messungen in Zusammenarbeit mit der AG Schlögl soll die Drucklücke vollständig überwunden werden.

在该预处理项目中，干燥剂也可用于含韦尔登的氧化反应物料。在理想的Ru-Einkristalloberflächen系统中，将Ru-Filme制成多晶Ru-Metallpulver，并在实际系统中获得Ru-Nanopartikel。因此，由于反应体系的有序性和氧化反应的趋势，RuO 2也以定向的形式存在于空气中。als polykristallines材料miteinbezogen wird.钌在氧化反应中的分解特征能从Sauerstoff-Spezies的局部干燥和温度ab中得到增强，通过一个复杂的Wechselspiel zwischen Fülle von Sauerstoff-Spezies auftritt的反应。在超高真空中，钌的表面活性剂可以在QO = 0.5和QO = 1.0（超高真空中的NO2，Hochdruck）的亚单分子层上进行，以形成亚表面活性剂和RuO 2-Domänen。Dabei wird die geringe Oxidationsaktivität im UHV zur hohen Oxidationsaktivität bei Hochdruck gesteigert.在超高压（UHV）中，只有三种氧化反应在压力> 1 mbar时才能发生：CO氧化成CO2，反应物从Sauerstoffbedeckungsgrad分离出来，甲醇氧化成甲醛，选择性地氧化成CH 2 O，以及吸热的CO2转化成CH 4合成气 CO2 = 2 CO 2 H2），für die Ru hochaktiv ist.在进行元素动力学和实际分析时，需要一种脉冲反应器（TAP反应器，产物的时间分析），高压下的气体也可以在大气中进行。利用红外光谱（FTIR）分析了红外光谱中的实际分解特性，讨论了高真空透射和大气扩散反射（DRIFTS）中的分子吸附剂（z.B. COads，CHx，ads，CH 3 Oads）和通过Ko吸附物的部分吸附功能和温度测定而产生的影响。在超高压下，甲醇在Ru（0001）-Oberflächen（O-Konzentration：0.25 ML - 10 ML）上的甲醛氧化降解反应可通过超高压下的原子结构、形态学、反应性和电子结构进行韦尔登。该研究技术包括LEED、SPALEED、SXRD、TDS和XPS，并通过DFT-GGA进行韦尔登。通过与AG Schlögl合作进行的EXAFS/NEXAFS原位测量，对Mikrokapillar-Dosers、UHV-Kammer和Hochdruckzelle传输系统进行测试，以获得韦尔登。