Взаимодействие синтезированных на графите наночастиц платины с закисью азота

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Гетерогенные каталитические реакции с участием закиси азота (N2O) представляют большой интерес для медицины, техники, экологии. Цель работы состояла в установлении особенностей адсорбции и последующего взаимодействия молекул N2O с каталитической системой на основе металлических наночастиц при комнатной температуре. Методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии, а также Оже-спектроскопии определены результаты и продукты адсорбции закиси азота на поверхности единичных наночастиц Pt, синтезированных на высокоориентированном пиролитическом графите. Показано, что при малых экспозициях образовавшиеся в результате диссоциативной адсорбции атомы кислорода окисляли поверхность наночастиц только вблизи интерфейса платины и графита. По мере увеличения экспозиции оксидом покрывалась уже вся поверхность наночастиц. Таким образом, в работе показано, что адсорбционные свойства поверхности наночастиц платины на графите неодинаковы, что может позволить осуществлять различные химические реакции на различных участках, тем самым повышая эффективность каталитической системы в целом.

Об авторах

Д. Баймухамбетова

Федеральный исследовательский центр химической физики
им. Н.Н. Семенова РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: mvgrishin68@yandex.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина 4; Россия, 14170 1, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер. 9

А. К. Гатин

Федеральный исследовательский центр химической физики
им. Н.Н. Семенова РАН

Email: mvgrishin68@yandex.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина 4

С. А. Озерин

Федеральный исследовательский центр химической физики
им. Н.Н. Семенова РАН

Email: mvgrishin68@yandex.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина 4

М. В. Гришин

Федеральный исследовательский центр химической физики
им. Н.Н. Семенова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mvgrishin68@yandex.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина 4

Список литературы

  1. Knuf K., Maani C.V. Nitrous Oxide. https://www.ncbi. nlm.nih.gov/books/NBK532922.
  2. Murray M.J., Murray W.J. Nitrous oxide availability // The Journal of Clinical Pharmacology. 1980. V. 20. № 4. P. 202–205. https://doi.org/10.1002/j.1552-4604.1980.tb01697.x
  3. Wang Z.-C., Yan Y., Fang Z., Nisar T., Sun L., Guo Y., Xia N., Wang H., Chen D.-W. Application of nitric oxide in modified atmosphere packaging of tilapia (Oreschromis niloticus) fillets // Food Control. 2019. V. 98. P. 209–215. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2018.11.043
  4. Zakirov V., Sweeting M., Lawrence T., Sellers J. Nitrous oxide as a rocket propellant // Acta Astronautica. 2001. V. 48. № 5–12. P. 353–362. https://doi.org/10.1016/S0094-5765(01)00047-9
  5. Müller R. The impact of the rise in atmospheric nitrous oxide on stratospheric ozone // Ambio. 2021. V. 50. № 1. P. 35–39. https://doi.org/10.1007/s13280-020-01428-3
  6. Kapteijn F., Rodriguez-Mirasol J., Moulijn J.A. Heterogeneous catalytic decomposition of nitrous oxide // Applied Catalysis B: Environmental. 1996. V. 9. № 1–4. P. 25–64. https://doi.org/10.1016/0926-3373(96)90072-7
  7. Centi G., Perathoner S., Vazzana F., Marella M., Tomaselli M., Mantegazza M. Novel catalysts and catalytic technologies for N2O removal from industrial emissions containing O2, H2O and SO2 // Advances in Environmental Research. 2000. V. 4. № 4. P. 325–338. https://doi.org/10.1016/S1093-0191(00)00032-0
  8. Santiago M., Hevia M.A.G., Pérez-Ramírez J. Evaluation of catalysts for N2O abatement in fluidized-bed combustion // Applied Catalysis B: Environmental. 2009. V. 90. № 1–2. P. 83–88. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2009.02.017
  9. Li Yu., Armor J.N. Catalytic decomposition of nitrous oxide on metal exchanged zeolites // Applied Catalysis B: Environmental. 1992. V. 1. № 3. P. L21–L29. https://doi.org/10.1016/0926-3373(92)80019-V
  10. Centi G., Galli A., Montanari B., Perathoner S., Vaccaria A. Catalytic decomposition of N2O over noble and transition metal containing oxides and zeolites. Role of some variables on reactivity // Catalysis Today. 1997. V. 35. № 1–2. P. 113–120. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(96)00137-X
  11. Liu Z., Amiridis M.D., Chen Y. Characterization of CuO supported on tetragonal ZrO2 catalysts for N2O decomposition to N2 // The Journal of Physical Chemistry B. 2005. V. 109. № 3. P. 1251–1255. https://doi.org/10.1021/jp046368q
  12. Xu X., Xu H., Kapteijn F., Moulijn J.A. SBA-15 based catalysts in catalytic N2O decomposition in a model tail-gas from nitric acid plants // Applied Catalysis B: Environmental. 2004. V. 53. № 4. P. 265–274. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2004.04.023
  13. Smeets P.J., Sels B.F., van Teeffelen R.M., Leeman H., Hensen E.J.M., Schoonheydt R.A. The catalytic performance of Cu-containing zeolites in N2O decomposition and the influence of O2, NO and H2O on recombination of oxygen // Journal of Catalysis. 2008. V. 256. № 2. P. 183–191. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2008.03.008
  14. Kim M.H., Ebner J.R., Friedman R.M., Vannice M.A. Dissociative N2O adsorption on supported Pt // Journal of Catalysis. 2001. V. 204. P. 348–357. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.341
  15. Habraken F.H.P.M., Kieffer E.P., Bootsma G.A. A study of the kinetics of the interactions of O2 and N2O with a Cu(111) surface and of the reaction of CO with adsorbed oxygen using aes, LEED and ellipsometry // Surface Science. 1979. V. 83. № 1. P. 45–59. https://doi.org/10.1016/0039-6028(79)90479-5
  16. Avery N.R. An EELS study of N2O adsorption on Pt(111) // Surface Science. 1983. V. 131. № 2–3. P. 501–510. https://doi.org/10.1016/0039-6028(83)90294-7
  17. Kim M.H., Kim D.H. Low-temperature reduction of N2O by H2 over Pt/SiO2 catalysts // Journal of Environmental Science International. 2013. V. 22. № 1. P. 73–81. https://doi.org/10.5322/JES.2013.22.1.73
  18. Guntherodt H.-J., Wiesendanger R. Scanning Tunneling Microscopy I: General Principles and Applications to Clean and Adsorbate-covered Surfaces. Berlin: Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 1992. https://doi.org/10.1007/978-3-642-97343-7
  19. Jin Z., Xi C., Zeng Q., Yin F., Zhao J., Xue J. Catalytic behavior of nanoparticle α-PtO2 for ethanol oxidation // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2003. V. 191. № 1. P. 61–66. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(02)00029-8
  20. Canart-Martin M.C., Delrue J.P., Laude L.D., Wautelet M. Electronic structure and reduction processes in PtOx films // Chemical Physics. 1980. V. 48. № 2. P. 283–288. https://doi.org/10.1016/0301-0104(80)80058-9
  21. Neff H., Henkel S., Hartmannsgruber E., Steinbeiss E., Michalke W., Steenbeck K., Schmidt H. Structural, optical, and electronic properties of magnetronsputtered platinum oxide films // Journal of Applied Physics. 1996. V. 79. № 10. P. 7672–7675. https://doi.org/10.1063/1.362341
  22. Uddin J., Peralta J.E., Scuseria G.E. Density functional theory study of bulk platinum monoxide // Physical Review B. 2005. V. 71. № 15. P. 155112. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.155112
  23. Kaewmaraya T., Ramzan M., Sun W., Sagynbaeva M., Ahuja R. Atomistic study of promising catalyst and electrode material for memory capacitors: Platinum oxides // Computational Materials Science. 2013. V. 79. P. 804–810. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.07.021
  24. Gatin A.K., Grishin M.V., Dokhlikova N.V., Sarvadii S.Yu., Shub B.R. Hydrogenation of HOPG-supported gold nanoparticles: Features of initial stages // Crystals. 2019. V. 9. № 7. P. 350. https://doi.org/10.3390/cryst9070350
  25. Gatin A.K., Sarvadii, S.Y., Dokhlikova N.V., Kharitonov V.A., Ozerin S.A., Shub B.R., Grishin M.V. Oxidation of supported nickel nanoparticles at low exposure to O2: Charging effects and selective surface activity // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 7. P. 1038. https://doi.org/10.3390/nano12071038
  26. Гатин А.К., Дохликова Н.В., Мухутдинова Р.Г., Озерин С.А., Гришин М.В. Особенности взаимодействия окисленных наночастиц платины с молекулярным водородом и монооксидом углерода // Коллоид. журн. 2022. Т. 84. № 6. С. 705–714. https://doi.org/10.31857/S0023291222600110
  27. Дубков К.А., Панов Г.И., Пармон В.Н. Оксид азота(I) как селективный окислитель в реакциях кетонизации двойных связей C=C органических соединений // Успехи химии. 2017. Т. 86. № 6. С. 510–529. https://doi.org/10.1070/RCR4697?locatt=label:RUSSIAN
  28. Haynes W.M. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th ed. CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2016.

Дополнительные файлы


© Д. Баймухамбетова, А.К. Гатин, С.А. Озерин, М.В. Гришин, 2023