CO oxidation reaction on palladium - platinum model catalysts : the role of the support

Abstract

In dieser Diplomarbeit werden verschiedene Einflüsse, wie beispielsweise Wechselwirkung zwischen den katalytisch aktiven Partikeln und dem verwendeten Trägermaterial oder die Rolle der Morphologie des Katalysators, auf das katalytische Verhalten von Pd/Pt-Modellkatalysatoren in der CO-Oxidation unter Hochvakuumbedingungen untersucht.<br />Verschiedene Modellsysteme (gesputterte polykristalline Pd-Folie, Pd-Pulver in eine Al2O3-Folie imprägniert, Pd-Pulver in eine Pt-Folie imprägniert) wurden mittels eines Photoemissionselektronenmikroskops (PEEM) im µm-Maßstab untersucht und miteinander verglichen, um neue Erkenntnisse im Bereich der bereits genannten Forschungsfragen zu gewinnen. Beispielsweise wurden die kinetischen Übergänge während der CO-Oxidation in isothermen und isobaren Experimenten studiert, um das lokale katalytische Verhalten der untersuchten Proben in einem T/pCO-Phasenraum als sogenanntes kinetisches Phasendiagramm darstellen zu können.<br />Der Vergleich des katalytischen Verhaltens der Pt-Domänen mit dem der Pd-Agglomeraten der Pd/Pt-Probe zeigt, dass beide katalytisch aktiven Bestandteile der Pd/Pt-Probe ihre Unabhängigkeit in Bezug auf ihre katalytische Wirkung in der CO-Oxidation unter den gegebenen Bedingungen beibehalten.<br />Weiters zeigt der Vergleich der Reaktivität der Pd-Agglomerate, dass Unterschiede in der Agglomeratsgröße und Form im µm-Bereich die katalytische Aktivität nicht beeinflussen. Außerdem wurde ein noch nicht in der Literatur beschriebenes Phänomen beobachtet: das Auftreten von Reaktionsfronten auf katalytisch aktiven Pulveroberflächen. Der Vergleich des Reaktionsverlaufs auf den verwendeten Proben zeigt, dass die verwendeten Trägermaterialien die katalytischen Eigenschaften signifikant beeinflussen.<br />Abschließend konnte der Unterschied zwischen dem katalytischen Verhalten einer gesputterten Pd-Folie und der Pd/Al2O3-Probe erklärt werden: Die erhoben Daten weisen darauf hin, dass die Oxid-Metall-Wechselwirkung zwischen dem Trägermaterial und dem imprägnierten Pd-Pulver das katalytische Verhalten der katalytisch aktiven Partikeln signifikant beeinflusst. Andererseits zeigt der Vergleich des Pd/Pt-Systems mit der gesputterten Pd-Folie, dass die Pt-Folie das katalytische Verhalten des Pd-Pulvers kaum beeinflusst.<br />

The aim of the present thesis was to study factors like the interaction between the catalytic particles and their supports or the role of the surface morphology in the catalytic behaviour which might influence the catalytic behaviour of model catalysts in the CO oxidation reaction under high vacuum conditions.<br />In the present work different samples such as a sputtered polycrystalline Pd-Foil, Pd powder impregnated into an Al2O3-foil and Pd powder impregnated into a Pt-foil were studied by a photoemission electron microscope (PEEM) in the µm-range to obtain information about their local catalytic behaviour. E.g. the local kinetic transitions in the CO oxidation reaction during isothermal and isobaric measurements were analyzed. The plotted kinetic phase diagrams reflect the local catalytic behaviour of the used samples in a T/pCO parameter space.<br />For different Pt-domains of the Pd/Pt-sample it could be shown, that the Pd and Pt components of the combined Pd/Pt system retain their independence in respect to the CO oxidation under the present conditions. The comparison of the data received for the Pd powder agglomerates of the Pd/Pt model system sample shows that the catalytic reactivity of Pd powder agglomerates is not influenced by variations of their size and shape in the µm-scale. Further, a phenomenon which has not been described in the literature yet, could be observed: the occurrence of reaction fronts on Pd-powder surfaces. The comparison of the reaction behaviour on different samples shows, that the support has a significant influence on the behaviour of the reaction fronts.<br />Finally, the striking difference between the catalytic behaviour of a sputtered Pd foil and the Pd powder which was supported by an Al2O3 foil could be explained: the oxide-metal interaction between the oxidic supporting material and the impregnated Pd powder changes the catalytic behaviour of the catalytically active Pd particles significantly.<br />Additionally, the comparison of the Pd part of the Pd/Pt model system with a sputtered Pd foil shows that the Pt foil used as support for the same Pd powder has no significant influence on its catalytic behaviour.<br />