Recent studies suggest that surface oxides on transition metal nanoparticles play an important role in determin-ing the catalytic activity of CO oxidation. There is also a growing interest in monitoring these surface oxides on nano particles during CO Oxidation reaction using Insitu techniques such as Ambient pressure XPS. In this study, we used UV-Ozone surface treatment to chemically modify the surface of Ru nanoparticles and investi-gated the influence of such surface modification of Ru nanoparticles on the catalytic activity of CO oxidation. Monodispersed Ru nanoparticles were synthesized by polyol reduction using Polyvinylpyrrolidine (PVP) as a capping agent. The sizes of nanoparticles were controlled with varying the concentration of the Ru precursors. The changes occurring during UV-ozone surface treatment were characterized with X-ray photoelectron spec-troscopy, and it was found that the oxidation state increased after surface treatment. The catalytic activity and activation energy of Ru nanoparticle arrays were measured before and after the chemical modification. Our reaction studies indicate that turnover rate of CO oxidation of Ru nanoparticles decreases after UV-ozone treatment because of formation of bulk Ru oxide. The results suggest an intriguing way to tune the catalytic activity via engineering of surface oxide. We also investigated Insitu evolution of surface oxidation states on Ru nanoparticles and Ru thin film under oxidizing, reducing and CO Oxidation reaction conditions by ambient pressure XPS. It was found that Ru thin film oxidizes and reduces fast whereas Ru nanoparticles show mild oxi-dation. It was found that bigger nanoparticles have higher oxide than smaller one due to increased stability with particle size. The correlation of Insitu APXPS with CO Oxidation activity for Ru catalysts showed that Bulk Ru oxide is formed on Ru thin film which results in deactivation whereas ultra-thin and active surface oxide is pre-sent on nanoparticles which show no such deactivation. Insitu monitoring of the Ru catalysts surface suggest an efficient method to design more stable catalysts.
최근 연구들은 전이 금속에 표면 산화물이 CO 산화의 촉매 활성도 결정에 중요한 역할을 한다고 제안한다. 또한, 대기압 XPS와 같은 in situ 기술을 사용하여 CO 산화 반응 동안 나노입자에서 이들 표면 산화물을 관찰하는데 흥미가 증가하고 있다. 이 연구에서, 우리는 Ru 나노입자들의 표면을 화학적으로 변형시키기 위해 UV-ozone 표면 처리를 사용하였고, CO 산화의 촉매 활성도에서 Ru 나노입자들의 표면 변형의 영향을 조사했다. 단 분산된 Ru 나노입자들은 캡핑 작용제로서 PVP를 사용하여 polyol 환원으로 합성되었다. 나노입자들의 크기는 Ru precursor의 다양한 농도로 조절되었다. UV-ozone 표면 처리 동안 일어나는 변화들은 X-ray photoelectron spectroscopy로 특성이 기술되고, 표면 처리 후 증가된 산화 상태가 발견 됐다. Ru 나노입자 포진의 촉매 활성도와 활성 에너지가 화학적 변형 전과 후로 측정 됐다. 우리의 반응 연구에서는 Ru 나노입자들 CO 산화의 turnover rate이 벌크 Ru 산화물의 형성 때문에 UV-ozone 처리 후 감소함을 보인다. 그 결과는 표면 산화 공학을 통한 촉매 활성으로 전환하는 흥미로운 방법을 제안한다. 또한, 우리는 대기압 XPS로 산화, 환원 그리고 CO 산화 반응에서 Ru 박막과 나노입자들의 표면 산화 상태를 in situ 변화 조사하였다. Ru 나노입자가 약한 산화를 보이는 것에 비하여 Ru 박막은 산화와 환원이 빠르다는 것을 발견했다. 더해서, 입자 크기에 따라서 안정성이 증가하기 때문에 큰 나노입자들이 작은 것보다 더 높은 산화물을 가진다. Ru 촉매를 위한 CO 활성도와 in situ APXPS의 상관 관계는 ultra-thin 그리고 활성 산화물 표면이 비활성을 보이지 않는 나노입자들에 존재하는 반면에 벌크 Ru 산화물은 비활성에 의한 Ru 박막에 형성된다는 것을 나타낸다. Ru 촉매 표면의 in situ 관찰은 더욱 안정한 촉매를 디자인하기 위한 효과적인 방법을 제시한다
