Phosphorus on platinum surfaces – from molecular adsorption to catalyst poisoning

Julkaisun otsikon käännös: Fosfori platinapinnoilla – molekyylien adsorptiosta katalyyttien myrkyttymiseen

Olli Heikkinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Platina on katalyyttisesti aktiivinen metalli, jota käytetään laajasti teollisuudessa. Merkittävä sovellus ovat autojen pakokaasukatalysaattorit, joiden tehtävä on vähentää haitallisia päästöjä. Niissä platinaa käytetään esimerkiksi katalysoimaan hiilimonoksidin ja hiilivetyjen hapetusreaktioita. Fosfori puolestaan on katalyyttimyrkky. Se adsorboituu katalyyttipinnalle ja aiheuttaa tämän aktiivisuuden heikentymistä. Fosfori on yleinen ainesosa voiteluöljyissä ja niiden lisäaineissa, ja siksi fosforimyrkyttyminen on pakokaasukatalyyttien todellinen ongelma. Myrkyttymismekanismien yksityiskohtien ymmärtämiseksi voi olla hyödyllistä tutkia teollisten katalyyttimateriaalien ohella myös fosforin adsorboitumista yksittäiskiteisille platinapinnoille. Toistaiseksi tällaista tutkimusta on kuitenkin tehty varsin rajoitetusti. Tässä työssä on tutkittu fosforin adsorptiota platina (111) ja (110) -pinnoille. Toisena tutkimus-kohteena on ollut fosforin sekä rikin vaikutus eräisiin diesel- ja maakaasuajoneuvokäyttöön valmistettuihin hapetuskatalyytteihin. Näiden lisäksi yksi työn osio käsittelee maleiinianhydridin adsorptiota platina (111) -pinnalle. Maleiinianhydridi on orgaaninen molekyyli, jota käytetään yleisesti kemianteollisuudessa esimerkiksi voiteluöljyjen ja biopolttoaineiden valmistuksessa. Työn tutkimus on tehty pintafysiikan tavanomaisilla menetelmillä, kuten röntgenfotoelektroni-spektroskopialla, matalaenergisten elektronien diffraktiolla, tunnelointimikroskopialla ja termisellä desorptiospektroskopialla. Lisäksi työssä esitellään yhteistyökumppanien muilla kokeellisilla sekä laskennallisilla menetelmillä saavuttamia tuloksia. Fosforin adsorption kummallekin yksittäiskidepinnalle havaittiin olevan tehokkaampaa, mikäli pinnan lämpötilaa nostetaan. Pinnan toivutus fosforin annostelun jälkeen tuotti järjestyneitä rakenteita. Näitä löydettiin useampia erilaisia erisuuruisilla fosforipeitoilla. Kyllin suurilla annoksilla peitto saturoitui kummallakin pinnalla. Fosforin havaittiin myös muodostavan moniatomisia klustereita. Hapetuskatalyyttipinnoilla fosfori muodosti fosfaattiyhdisteitä katalyyttien tukiaineiden kanssa. Se aiheutti myös morfologisia muutoksia: esimerkiksi katalyyttipinnan alan huomattiin pienenevän. Katalyyttisen aktiivisuuden väheneminen vaihteli kohtalaisesta merkittävään eri katalyyttien ja hapetusreaktioiden välillä. Rikin puolestaan huomattiin lieventävän fosforimyrkytystä. Maleiinianhydridi muodosti järjestymättömiä usean kerroksen rakenteita platina (111) -pinnalle. Molekyylit desorboituivat pinnalta tai hajosivat jo alle huoneenlämmössä. Hajonneiden molekyylien osien desorptiota havaittiin tätä korkeammissa lämpötiloissa. Työssä saavutetut tulokset tuovat omalta osaltaan lisätietoa fosforin aiheuttamasta katalyyttimyrkytyksestä. Toisaalta tulokset ovat myös osa pintatieteen perustutkimuksen jatkumoa.
Julkaisun otsikon käännösFosfori platinapinnoilla – molekyylien adsorptiosta katalyyttien myrkyttymiseen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Liljeroth, Peter, Vastuuprofessori
  • Lahtinen, Jouko, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7349-1
Sähköinen ISBN978-952-60-7348-4
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • platina
  • palladium
  • fosfori
  • rikki
  • maleiinianhydridi
  • adsorptio
  • desorptio
  • hapetus
  • katalyysi
  • katalyyttimyrkky

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Fosfori platinapinnoilla – molekyylien adsorptiosta katalyyttien myrkyttymiseen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä