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Uncovering the role of surface oxide and metal-oxide interface in engineering active metal nanocatalysts under gas phase catalytic reaction = 기체상 촉매반응에서 활성화된 금속 나노 촉매에서의 산화물 표면과 금속-산화물 계면의 역활에 대한 규명
서명 / 저자 Uncovering the role of surface oxide and metal-oxide interface in engineering active metal nanocatalysts under gas phase catalytic reaction = 기체상 촉매반응에서 활성화된 금속 나노 촉매에서의 산화물 표면과 금속-산화물 계면의 역활에 대한 규명 / Qadir Kamra.
저자명 Kamran Qadir ; Qadir
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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초록정보

In first study, we report an Ambient pressure X-ray Photoelectron spectroscopy (AP-XPS) investigation of Ru nanoparticles to investigate catalytically active species on Ru nanoparticles under oxidizing, reducing, and CO oxidation reaction conditions. Mild oxidative and reductive characteristics indicate the formation of surface oxide on the 2.8 and 6 nm Ru nanoparticles, the thickness of which is found to be dependent on nanoparticle size. The larger 6 nm Ru nanoparticles were oxidized to a smaller extent than the smaller Ru 2.8 nm nanoparti-cles within the temperature range of 50?200 °C under reaction conditions. We found that the smaller Ru nano-particles form bulk RuO2 on their surfaces, causing the lower catalytic activity. As the size of the nanoparticle increases, the core?shell type RuO2 becomes stable. In the 2nd study, we investigated the nature of Ru oxides on a Ru polycrystalline film under oxidizing, reducing, and catalytic CO oxidation reaction conditions. Our reac-tion studies showed substantial deactivation of the Ru film during catalytic CO oxidation, and its activity could be partially recovered after reduction pretreatment. Such continuous deactivation of a Ru film is correlated with irreversibly formed bulk Ru oxide, as shown by AP-XPS. In the 3rd study, we investigated two-dimensional Pt nanoparticle/titania catalytic systems under the CO oxidation reaction. Our results show an enhanced activity of Pt nanoparticles when the nanoparticle/titania interfaces are exposed. APD Pt shows superior catalytic activi-ty under CO oxidation, as compared to impregnated Pt nanoparticles, due to the catalytically active nature of the mild surface oxidation and the active Pt metal, suggesting that APD can be used for large-scale synthesis of active metal nanocatalysts. In the last study, we showed that engineering Metal-oxide interfaces in TiO2-nanoporous (np) Au inverse catalyst results in enhancement of H2 oxidation activity. While intrinsic activity of novel np-Au prepared from Au-Si alloy is low, the activity increased as the weight fraction of the TTIP (amount of TiO2) was increased to 0.5 wt. %. We correlate change in activity with the active sites at perimeter interface between the TiO2 and np-Au.

금속 나노 촉매에서의 산화물 표면 상태와 금속-산화물 계면이 촉매 활성도에 영향을 미칠 수 있다는 연구들이 보고되었다. 첫 번째 연구에서는 APXPS 를 이용하여 산화/환원 분위기 및 일산화탄소 산화반응 동안 루테늄(Ru) 나노입자의 촉매 활성도에 대해 살펴보았다. 2.8 nm 와 6 nm 크기를 가지는 나노 입자 촉매는 PVP 유기물 리간드를 치환하여 분산시켰으며 Lanmuir-Blodgett 을 이용하여 이차원의 배열을 같도록 Si 박막 지지체에 담지하였다. 그 결과, 루테늄 나노 입자의 표면 산화층 형성이 일산화 탄소 산화반응에 미치는 영향을 알아보았다. 입자 크기가 큰 6 nm 로듐 나노 입자에 생성된 표면 산화층이 더 높은 촉매 활성도를 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서, 입자 크기가 더 작은 나노입자가 표면에 bulk RuO2 를 만들고 이러한 양상이 촉매 활성도를 낮춘다고 생각된다. 두 번째 연구에서는 산화/환원 분위기 및 일산화 탄소 산화 반응 동안 루테늄 다결정 박막에서의 루테늄 산화물 특성에 대해 살펴보았다. 즉, bulk 루테늄 산화물은 쉽게 생성되고, 이것은 반응 온도에 의존한다는 결론을 내릴 수 있었다. 또한, 일산화탄소 산화 반응 동안 루테늄 박막의 촉매활성도가 감소함을 보여주었으며, 환원 처리 후에 다시 부분적으로 회복되는 것을 보여주었다. 이러한 결과를 토대로 루테늄 박막의 촉매활성도 저하는 비가역적으로 생성된 bulk 루테늄 산화물과 관련이 깊다고 생각된다. 세 번째 연구에서는 백금 나노 입자가 담지된 티타니아 촉매에 대해 살펴보았다. 아크 플라즈마 담지법과 함침법을 통해서 티타니아 지지체에 금속 나노 입자를 담지하였다. 두 금속 나노 입자의 특성에 따른 촉매 활성도를 규명하기 위해 일산화탄소 산화반응을 수행하였다. 그 결과, 나노 입자가 담지된 티타니아 계면이 표면에 노출 되어있을 때 촉매활성도가 향상됨을 확인 할 수 있었다. 즉, 아크플라즈마를 이용해 담지한 백금 입자는 함침법으로 담지한 백금 나노 입자 보다 더 높은 촉매 활성도를 보였다. 마지막 연구에서는, 티타니아가 담지된 나노 다공성 구조를 가지는 금 촉매에서의 금속-산화물 계면의 역할에 대해 규명하고자 수소산화 반응을 수행하였다. 그 결과, 나노 다공성 구조를 가지는 금 촉매는 TTIP(티타니아 양)이 증가함에 따라서 더 높은 촉매 활성도를 보여주었다. 따라서, 티타니아와 나노 다공성 구조를 갖는 금 촉매 사이 계면에서의 촉매 활성점이 촉매 활성도에 영향을 준다는 결론을 내릴 수 있었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEEW 15002
형태사항 ix, 123 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : Qadir
지도교수의 영문표기 : Jeong Young Park
지도교수의 한글표기 : 박정영
수록잡지명 : "Intrinsic relation between catalytic activity of CO oxidation on Ru nanoparticles and Ru oxides uncovered with ambient pressure XPS". Nano letters, 12, 5761-5768(2012)
수록잡지명 : "Tailoring metal?oxide interfaces of inverse catalysts of TiO 2/nanoporous-Au under hydrogen oxidation". Chemical Communications, 51, 9620-9623(2015)
Including Appendix
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : EEWS대학원,
서지주기 References : p.
주제 Ambient pressure XPS
Nanoporous Au
Arc plasma deposition
CO Oxidation
Hydrogen Oxidation
상압 X-선 광전자 분광법
나노다공성 금
Arc 플라즈마 증착
일산화탄소 산화
수소산화
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