Charakterisierung und katalytische Eigenschaften cerhaltiger Oxid- und Legierungsoberflächen

Abstract

Ceroxide werden in der Katalyse häufig als reaktive Komponenten in Edelmetall-Oxid Katalysatoren eingesetzt. Die katalytische Aktivität ist im leichten Wechsel der Oxidationsstufe des Cers sowie des leichten Sauerstoffaustausches bedingt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen an Ceroxid basierten Edelmetallkatalysatoren mittels des "Surface Science Approaches" sollen eine Struktur-Reaktivitäts-Beziehung ermöglichen. Hierzu wurden wohlgeordnete CeO₂(111)-Oberflächen auf einer Pt(111) Oberfläche präpariert und charakteriesiert. Auf diesen wohlgeordneten Oxidoberflächen wurden wohl geordnete Pd-Cluster deponiert, um an diesen Modelkatalysatoren, die Adsorption und Reaktivität mit verschiedenen charakteristischen Molekülen zu untersuchen. Es sind als Moleküle Ethen, CO, Benzol und Acrolein verwendet worden. Ebenso sind die Adsorptions und Reaktionseigenschaften dieser unterschiedlichen Moleküle auf weitere im katalytischen Prozess wichtigen cerbasierten Oberflächen, wie wohlgeordneten PtxCe/Pt(111), Sauerstoffdefekte auf CeO₂(111) und Pt(111) durchgeführt worden, die ein Verstädniss der Reaktivität dieser Katalysatoren ermöglichen. Hierbei hat sich gezeigt, dass PtxCe Legierungen komplett unreaktiv sind, und keine Zersetzung der Moleküle an diesen stattfindet. Nur Moleküle mit Sauerstofffunktionalitäten werden an Ceroxid Sauerstoffdefekten zersetzt. Hier spielt die hohe Bildungsenthalpie der Ceroxide und die bei 600 K erhöhte Sauerstoffmobilität eine bedeutende Rolle.Während im realen Katalysator die gewünschte Reaktion am Edelmetal durch d-band Molekül Interaktion initiiert wird, verhindern die Ceroxide durch einen bei 600 K beobachteten SMSI Effekt die Verunreinigung des Edelmetalls mit Kohlenstoff aus der Zersetzung der organischen Moleküle.