Модельные биметаллические Pd–Co/ВОПГ катализаторы: приготовление и исследование методами РФЭС и СТМ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Комбинацией методов сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) исследованы закономерности формирования биметаллических Pd–Co-наночастиц, нанесенных на высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ). Установлено, что напыление кобальта на монометаллический образец Pd/ВОПГ приводит к формированию биметаллических наночастиц со структурой Pdядро–Coоболочка, которые в результате прогрева образцов в условиях сверхвысокого вакуума при температурах 400—500°C трансформируются в сплавные Pd–Co-наночастицы с равномерным распределением металлов. Прогрев образцов Pd–Co/ВОПГ в вакууме при температурах выше 500°C ведет к спеканию наночастиц. Показано, что адсорбционно-индуцированная сегрегация атомов палладия на поверхность биметаллических наночастиц происходит в результате обработки модельного катализатора Pd–Co/ВОПГ в среде монооксида углерода в диапазоне температур 25—250°C, при этом наблюдается колоколообразная зависимость с максимумом при 200°C. Показано, что биметаллические Pd–Co-наночастицы в модельном катализаторе устойчивы к спеканию в атмосфере CO вплоть до 250°C.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Панафидин

Центр коллективного пользования “СКИФ” ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова

Автор, ответственный за переписку.
Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, Никольский просп., 1, Наукоград Кольцово, 630559

А. В. Бухтияров

Центр коллективного пользования “СКИФ” ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова

Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, Никольский просп., 1, Наукоград Кольцово, 630559

А. О. Мартьянов

Центр коллективного пользования “СКИФ” ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова

Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, Никольский просп., 1, Наукоград Кольцово, 630559

А. Ю. Федоров

Центр коллективного пользования “СКИФ” ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова

Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, Никольский просп., 1, Наукоград Кольцово, 630559

И. П. Просвирин

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090

В. И. Бухтияров

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: mpanafidin@catalysis.ru
Россия, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Wang A., Liu X.Y., Mou C.Y., Zhang T. // J. Catal. 2013. V. 308. P. 258.
  2. Бухтияров В.И., Слинько М.Г. // Успехи химии. 2001. Т. 70. С. 167.
  3. Tao F., Zhang S., Nguyen L., Zhang X. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 7980.
  4. Tao F., Grass M.E., Zhang Y., Butcher D.R., Renzas J.R., Liu Z., Chung J.Y., Mun B.S., Salmeron M., Somorjai G.A. // Science. 2008. V. 322. P. 932.
  5. Эллерт О.Г., Цодиков М.В., Николаев С.А., Новоторцев В.М. // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 8. С. 718.
  6. Gao F., Goodman D.W. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 8009.
  7. Sheng G., Chen J., Ye H., Hu Z., Fu X.Z., Sun R., Huang W., Wong C.P. // J. Colloid Interf. Sci. 2018. V. 522. P. 264.
  8. Zhong M., Li L., Zhao K., He F., Su B., Wang D. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 14222.
  9. Kiyani R., Rowshanzamir S., Parnian M.J. // Energy. 2016. V. 113. P. 1162.
  10. Li T., Wang R., Yang M., Zhao S., Li Z., Miao J., Gao Z. Da, Gao Y., Song Y.Y. // Sustain. Energy Fuels. 2019. V. 4. P. 380.
  11. Wu C.H., Liu C., Su D., Xin H.L., Fang H.T., Eren B., Zhang S., Murray C.B., Salmeron M.B. // Nat. Catal. 2018. V. 2. P. 78.
  12. Aragão I.B., Estrada F.R., Barrett D.H., Rodella C.B. // Mol. Catal. 2022. V. 526. P. 112377.
  13. Choi S., Oh M. // Angew. Chem. 2019. V. 131. P. 876.
  14. Revathy T.A., Sivaranjani T., Boopathi A.A., Sampath S., Narayanan V., Stephen A. // Res. Chem. Intermed. 2019. V. 45. P. 815.
  15. Sobhani S., Zarei H., Sansano J.M. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 17025.
  16. Dabiri M., Vajargahy M.P. // Appl. Organomet. Chem. 2017. V. 31.
  17. Li X., Zhu X., Ren Z., Si X., Lu R., Lu F. // ChemNanoMat. 2022. V. 8.
  18. L’Argentièr P.C., Fígoli N.S. // Ind. Eng. Chem. Res. 1997. V. 36. P. 2543.
  19. Yoshii T., Nakatsuka K., Kuwahara Y., Mori K., Hiromi Yamashita H.Y. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 22294.
  20. Jain R., Gopinath C.S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. P. 41268.
  21. Yurpalova D.V., Afonasenko T.N., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov A.V., Kovtunova L.M., Vinokurov Z.S., Trenikhin M.V., Gerasimov E.Y., Khramov E.V., Shlyapin D.A. // J. Catal. 2024. V. 432. P. 115417.
  22. Yurpalova D.V., Afonasenko T.N., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Vinokurov Z.S., Trenikhin M.V., Gerasimov E.Y., Gulyaeva T.I., Kovtunova L.M., Shlyapin D.A. // Catalysts. 2023. V. 13. P. 739.
  23. Ma R., Yang T., Sun J., He Y., Feng J., Miller J.T., Li D. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 210. P. 115216.
  24. Chen M., Kumar D., Yi C.W., Goodman D.W. // Science. 2005. V. 310. P. 291.
  25. Li Q., Wang Y., Skoptsov G., Hu J. // Ind. Eng. Chem. Res. 2019. V. 58. P. 20620.
  26. McCue A.J., Anderson J.A. // Front. Chem. Sci. Eng. 2015. V. 9. P. 142.
  27. Chen Z.X., Neyman K.M., Rösch N. // Surf. Sci. 2004. V. 548. P. 291.
  28. Løvvik O.M. // Surf. Sci. 2005. V. 583. P. 100.
  29. Christoffersen E., Stoltze P., Nørskov J.K. // Surf. Sci. 2002. V. 505. P. 200.
  30. Zafeiratos S., Piccinin S., Teschner D. // Catal. Sci. Technol. 2012. V. 2. P. 1787.
  31. Rupprechter G. // Adv. Catal. 2007. V. 51. P. 133.
  32. Van Spronsen M.A., Daunmu K., O’Connor C.R., Egle T., Kersell H., Oliver-Meseguer J., Salmeron M.B., Madix R.J., Sautet P., Friend C.M. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 8312.
  33. Zemlyanov D., Aszalos-Kiss B., Kleimenov E., Teschner D., Zafeiratos S., Hävecker M., Knop-Gericke A., Schlögl R., Gabasch H., Unterberger W., Hayek K., Klötzer B. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 983.
  34. Panafidin M.A., Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I. // Surf. Interfaces. 2023. V. 41. P. 103255.
  35. Bluhm H., Hävecker M., Knop-Gericke A., Kiskinova M., Schlögl R., Salmeron M. // MRS Bull. 2007. V. 32. P. 1022.
  36. Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Saraev A.A., Klyushin A.Y., Knop-Gericke A., Bukhtiyarov V.I. // Faraday Discuss. 2018. V. 208. P. 255.
  37. McCue A.J., Gibson A., Anderson J.A. // Chem. Eng. J. 2016. V. 285. P. 384.
  38. McCue A.J., Anderson J.A. // J. Catal. 2015. V. 329. P. 538.
  39. Mashkovsky I.S., Bukhtiyarov A.V., Markov P.V., Bragina G.O., Baeva G.N., Smirnova N.S., Panafidin M.A., Chetyrin I.A., Gerasimov E.Y., Zubavichus Y.V., Stakheev A.Y. // Appl. Surf. Sci. 2025. V. 681. P. 161516.
  40. Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Prosvirin I.P., Mashkovsky I.S., Markov P.V., Rassolov A.V., Smirnova N.S., Baeva G.N., Rameshan C., Rameshan R., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I., Stakheev A.Y. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 604. P. 154497.
  41. Smirnova N.S., Markov P.V., Baeva G.N., Rassolov A.V., Mashkovsky I.S., Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Panafidin M.A., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I., Stakheev A.Y. // Mendeleev Commun. 2019. V. 29. P. 547.
  42. Ouyang M., Papanikolaou K.G., Boubnov A., Hoffman A.S., Giannakakis G., Bare S.R., Stamatakis M., Flytzani-Stephanopoulos M., Sykes E.C.H. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 1549.
  43. Jeffery A.A., Lee S.Y., Min J., Kim Y., Lee S., Lee J.H., Jung N., Yoo S.J. // Korean J. Chem. Eng. 2020. V. 37. P. 1360.
  44. Fedorov A.Y., Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Prosvirin I.P., Chetyrin I.A., Smirnova N.S., Markov P.V., Zubavichus Y.V., Stakheev A.Y., Bukhtiyarov V.I. // Nano-Structures & Nano-Objects. 2022. V. 29. P. 100830.
  45. Shetty S., Gayen M., Agarwal S., Chatterjee D., Singh A., Ravishankar N. // J. Phys. Chem. Lett. 2022. V. 13. P. 770.
  46. Марков П.В., Бухтияров А.В., Машковский И.С., Смирнова Н.С., Просвирин И.П., Винокуров З.С., Панафидин М.А., Баева Г.Н., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 6. С. 816.
  47. Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Prosvirin I.P., Smirnova N.S., Markov P.V, Baeva G.N., Mashkovsky I.S., Bragina G.O., Vinokurov Z.S., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I., Stakheev A.Y. // Crystals. 2023. V. 13. P. 1356.
  48. Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Chetyrin I.A., Prosvirin I.P., Mashkovsky I.S., Smirnova N.S., Markov P.V., Zubavichus Y.V., Stakheev A.Y., Bukhtiyarov V.I. // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 525. P. 146493.
  49. Panafidin M.A., Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Chetyrin I.A., Klyushin A. Yu, Knop-Gericke A., Smirnova N.S., Markov P.V., Mashkovsky I.S., Zubavichus Y.V., Stakheev A.Y., Bukhtiyarov V.I. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 571. P. 151350.
  50. Bukhtiyarov A.V., Panafidin M.A., Prosvirin I.P., Smirnova N.S., Markov P.V., Baeva G.N., Mashkovsky I.S., Bragina G.O., Rameshan C., Gerasimov E.Y., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I., Stakheev A.Y. // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 608. P. 155086.
  51. Бухтияров А.В., Панафидин М.А., Просвирин И.П., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Машковский И.С., Бухтияров В.И. // Успехи химии. 2025. Т. 94. С. RCR5148.
  52. Ishida K., Nishizawa T. // J. Phase Equilibria. 1991. V. 12. P. 83.
  53. Демидов Д.В., Просвирин И.П., Сорокин А.М., Роша Т., Кноп-Герике А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2011. Т. 52 С. 877.
  54. Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Panafidin M.A., Fedorov A.Y., Klyushin A.Y., Knop-Gericke A., Zubavichus Y.V., Bukhtiyarov V.I. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 3292.
  55. Hohner C., Kettner M., Stumm C., Schuschke C., Schwarz M., Libuda J. // Top. Catal. 2019. V. 62. P. 849.
  56. Hohner C., Kettner M., Stumm C., Blaumeiser D., Wittkämper H., Grabau M., Schwarz M., Schuschke C., Lykhach Y., Papp C., Steinrück H.P., Libuda J. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 2562.
  57. Favaro M., Rizzi G.A., Nappini S., Magnano E., Bondino F., Agnoli S., Granozzi G. // Surf. Sci. 2016. V. 646. P. 132.
  58. Ju W., Favaro M., Durante C., Perini L., Agnoli S., Schneider O., Stimming U., Granozzi G. // Electrochim. Acta. 2014. V. 141. P. 89.
  59. Ju W., Brülle T., Favaro M., Perini L., Durante C., Schneider O., Stimming U. // ChemElectroChem. 2015. V. 2. P. 547.
  60. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2024. Т. 65. № 1. С. 87.
  61. Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Саланов А.Н., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2023. Т. 64. № 1. С. 3.
  62. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Четырин И.А., Просвирин И.П., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. С. 739.
  63. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Клюшин А.Ю., Просвирин И.П., Четырин И.А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2019. V. 60. P. 806.
  64. http://xpspeak.software.informer.com/4.1/
  65. Moulder J.F., Stckle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. // I.I. Standard XPS Spectra of the Elements. In: Chastain J., King R.C. (Eds.), Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy, Perkin-Elmer, Eden Prairie, 1992.
  66. Scofield J.H. // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. 1976. V. 8. P. 129.
  67. Tanuma S., Powell C.J., Penn D.R. // Surf. Interface Anal. 1994. V. 21. P. 165.
  68. Briggs D., Seah M.P. // Practical Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Eds. Chichester: John Wiley&Sons. Inc., 1983.
  69. Bukhtiyarov A.V., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov V.I. // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 367. P. 214.
  70. Büttner M., Oelhafen P. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 1170.
  71. Krawczyk M., Sobczak J.W. // Appl. Surf. Sci. 2004. V. 235. P. 49.
  72. Maheswari S., Karthikeyan S., Murugan P., Sridhar P., Pitchumani S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2012. V. 14. P. 9683.
  73. Xue H., Tang J., Gong H., Guo H., Fan X., Wang T., He J., Yamauchi Y. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. P. 20766.
  74. Carlsson A.F., Naschitzki M., Bäumer M., Freund H.J. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. P. 778.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СТМ-изображения (100 × 100 нм2), гистограммы распределения частиц по размерам и их средний размер для монометаллического Pd/ВОПГ (а), исходного биметаллического PdCo/ВОПГ-1 (б) и биметаллического PdCo/ВОПГ-2 после прогрева в вакууме при 620°C в течение 1 ч (в). Параметры сканирования: 0.42 нА, 1.49 В (а); 0.47 нА, 1.52 В (б); 0.33 нА, 1.50 В (в).

Скачать (481KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РФЭ-спектры Pd3d (а) и Co2p3/2 (б) образца PdCo/ВОПГ-2, прогретого при разных температурах в условиях сверхвысокого вакуума.

Скачать (488KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Атомные отношения элементов на поверхности, рассчитанные из РФЭ-спектров Pd3d, Co2p и C1s, для образца PdCo/ВОПГ-2, прогретого при разных температурах в условиях сверхвысокого вакуума.

Скачать (202KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Атомное отношение Pd/Co, а также отношения интенсивностей линий Pd MNN/Pd3d и Co LMM/Co2p, рассчитанные из спектров Pd3d, Co2p, Pd MNN и Co LMM, для образца PdCo/ВОПГ-3 в зависимости от условий проведения эксперимента.

Скачать (197KB)
Метаданные
6. Рис. 5. СТМ-изображение (100 × 100 нм2) и средний размер частиц для биметаллического образца PdCo/ВОПГ-1 после обработки в CO (а), а также гистограммы распределения частиц по размеру для исходного образца PdCo/ВОПГ-1 и после его обработки в CO (б). Параметры сканирования: 0.49 нА, 1.49 В.

Скачать (249KB)
Метаданные
7. Рис. 6. РФЭ-спектры Pd3d (а) и Co2p3/2 (б), а также атомные отношения Pd/Co, рассчитанные из этих спектров (в), для образца PdCo/ВОПГ-1 после прогрева при 500°C в условиях сверхвысокого вакуума, обработки в 120 мбар CO при различных температурах и финального прогрева при 500°C в условиях сверхвысокого вакуума.

Скачать (453KB)
Метаданные