Адсорбция и реакция молекул оксида азота (NO) на поверхности наноразмерных кластеров никеля на оксиде алюминия α-Al2O3(0001)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Адсорбция и реакция молекул оксида азота (NO) на поверхности модельной металлооксидной системы, сформированной контролируемым осаждением кластеров никеля в условиях сверхвысокого вакуума на поверхность тонкой пленки оксида алюминия α-Al2O3(0001), выращенной на подложке Мо(110), исследована in-situ экспериментальными методами анализа поверхности. По данным рентгеновской фотоэлектронной и электронной оже-спектроскопии (РФЭС, ЭОС), инфракрасной фурье-спектроскопии (ИКС) и термопрограммируемой десорбции (ТПД), существует условный размер кластера Ni в 2 нм, разделяющий характер электронного состояния адсорбированных на их поверхности молекул NO и их реакционную способность. Установлено, что особенностью кластеров Ni с характерным размером, не превышающим 2 нм, является то, что молекулы NO адсорбируются на их поверхности в виде димеров (NO)2, в то время как для кластеров большего размера адсорбция происходит в виде мономеров (NO). Сделан вывод, что такое различие является причиной разного реакционного поведения молекул. Ключевое различие кластеров размером менее и более 2 нм заключается в том, что в первом случае при нагреве системы образуются молекулы N2O, десорбирующиеся в газовую фазу, в то время как во втором этого не происходит. Образование N2O обусловлено взаимным влиянием молекул NO, образующих димер (NO)2, под действием межфазной границы раздела металл/оксид. Полученные результаты указывают на возможность настройки каталитической эффективности металлооксидной системы за счет варьирования размера нанесенного кластера металла.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Т. Магкоев

Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова

Автор, ответственный за переписку.
Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362025, Владикавказ

Н. Е. Пухаева

Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362025, Владикавказ

Y. Men

Shanghai University of Engineering Science

Email: t_magkoev@mail.ru

School of Chemistry and Chemical Engineering

Китай, 201620, Шанхай

R. Behjatmanesh-Ardakani

Ardakan University

Email: t_magkoev@mail.ru

Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering

Иран, а/я 184, Ардакан

M. Elahifard

Ardakan University

Email: t_magkoev@mail.ru

Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering

Иран, а/я 184, Ардакан

О. Г. Ашхотов

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 360004, Нальчик

Список литературы

  1. Shiotari A., Koshida H., Okuyama H. // Surf. Sci. Rep. 2021. V. 76. P. 100500. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2020.100500
  2. Kim D.H., Ringe S., Kim H. et al. // Nature Commun. 2021. V. 12. P. 1856. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22147-7
  3. Rosca V., Duca M., de Groot M.T., Koper M.T.M. // Chem. Rev. 2009. V. 109, P. 2209. https://doi.org/10.1021/cr8003696
  4. Hu Y., Griffiths K., Norton P.R. // Surf. Sci. 2009. V. 603. P. 1740. doi: 10.1016/j.susc.2008.09.051
  5. Smirnov M.Y., Gorodetskii V.V., Block, J.H. // J. Mol. Catal. A: Chem. 1996, V. 107. P. 359. https://doi.org/10.1016/1381-1169(95)00175-1
  6. de Vooys A.C.A., Koper M.T.M., van Santen R.A., van Veen J.A.R. // J. Catal. V. 2001. V. 202. P. 387. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.3275
  7. Hess C., Ozensoy E., Yi C.-W., Goodman D.W. // J. Am. Chem. Soc. V. 2006. V. 128. P. 2988. doi: 10.1021/ja057131q
  8. Paul D.K., Smith B.W., Marten C.D., Burchett J. // J. Mol. Catal. A: Chemical. 2001. V. 167. P. 67. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(00)00492-1
  9. Fuente S.A., Fortunato L.F., Domancich N. et al. // Surf. Sci. 2012. V. 606. P. 1948. http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2012.08.003
  10. Brown W.A., King D.A. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. P. 2578. doi: 10.1021/jp9930907.
  11. Conrad H., Ertl G., Kuppers J., Latta E.E. // Surf. Sci. 1975. V. 50. P. 296. https://doi.org/10.1016/0039-6028(75)90026-6
  12. Henry C.H. // Surf. Sci. Rep. 1998. V. 31. P. 235. https://doi.org/10.1016/S0167-5729(98)00002-8
  13. Hirschmugl C.J. // Surf. Sci. 2002. V. 500. P. 577. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(01)01523-0
  14. Chen P.J., Goodmann D.W. // Surf. Sci. 1994. V. 312. P. L767. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)90719-6
  15. Magkoev T.T., Christmann K., Moutinho A.M.C., Murata Y. // Surf. Sci. 2002. V. 515. P. 538. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(02)01972-6
  16. Venables J.A. Introduction to Surface and thin Films Processes. Cambridge: Univ. Press, 2010. 372 p. ISBN: 9780511755651. https://doi.org/10.1017/CBO9780511755651
  17. Baumer M., Freund H.-J. // Progr. Surf. Sci. 1999. V. 61. P. 127. https://doi.org/10.1016/S0079-6816(99)00012-X
  18. Grigorkina G.S., Zaalishvili V.B., Burdzieva O.G. et al. // Solid State Commun. 2018. V. 276. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2018.04.001
  19. Magkoev T.T. // Vacuum. 2021. V. 189. P. 110220. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110220
  20. Chen J.G., Erley W., Ibach H. // Surf. Sci. 1989. V. 224. P. 215. https://doi.org/10.1016/0039-6028(89)90911-4
  21. Demir S., Fellah M.F. // Surf. Sci. 2020. V. 701. P. 121689. https://doi.org/10.1016/j.susc.2020.121689
  22. Beniya A., Isomura N., Hirata H., Watanabe Y. // Surf. Sci. 2013. V. 613. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.susc.2013.03.001
  23. Blyholder G. // J. Phys. Chem. 1964. V. 68. P. 2772. https://doi.org/10.1021/j100792a006
  24. Aizawa H., Tsuneyuki S. // Surf. Sci. 1998. V. 399. P. L364. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(98)00042-9
  25. Wimmer E., Fu C.L., Freeman A.J. // Phys. Rev. Lett. 1985. V. 55. P. 2618. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.55.2618
  26. Jennison D.R., Verdozzi C., Schultz P.A., Sears M.P. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. R15605. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.R15605
  27. Mattsson A.E., Jennison D.R. // Surf. Sci. 2002. V. 520. P. L611. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(02)02209-4
  28. Tonner B.P., Kao C.M., Plummer E.W. et al. // Phys. Rev. Lett. 1983. V. 51. P. 1378. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.1378
  29. Ibach H., Lehwald S. // Surf. Sci. 1978. V. 76. P. l. https://doi.org/10.1016/0039-6028(78)90065-1
  30. Bertolo M., Jacobi K. // Surf. Sci. 1990. V. 226. P. 207. https://doi.org/10.1016/0039-6028(90)90486-R
  31. Hess C., Ozensoy E., Yi C.-W., Goodman D.W. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 2988. doi: 10.1021/ja057131q
  32. Duarte H.A., Salahub D.R. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 7464. doi: 10.1021/Jp9706801
  33. Pacchioni G., Rosch N. // Surf. Sci. 1994. V. 306. P. 169. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)91195-9
  34. Debeila M.A., Coville N.J., Scurrell M.S., Hearne G.R. // Catal. Today. 2002. V. 72. P. 79. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(01)00480-1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оже-линия Ni LVV (а) для системы, образованной нанесением 0.4 ML Ni на поверхность Мо(110) (1) и на поверхность пленки α-Al2O3(0001) толщиной 5 нм, сформированной на Мо(110) (2); б) сопоставление спектров, представленных на (а), в ограниченной спектральной области для наглядной демонстрации энергетического сдвига.

Скачать (135KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Инфракрасные Фурье-спектры в области внутримолекулярных колебаний молекул NO, адсорбированных на поверхности металлооксидной системы Ni/Al2O3 при разных покрытиях Ni, ML: 1—0.02, 2—0.04, 3—0.06, 4—0.08, 5—0.1, 6—0.2, 7—0.4. Температура подложки составляет 80 К, экспозиция NO 10 L.

Скачать (71KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фотоэлектронная линия N1s при адсорбции насыщающего покрытия NO (экспозиция 10 L) на поверхности системы Ni/Al2O3 при покрытии Ni 0.04 ML (спектр 1) и 0.4 ML (спектр 2). Температура подложки – 80 К.

Скачать (56KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры термопрограммируемой десорбции системы 15NO/Ni/Al2O3 при покрытии Ni 0.04 ML (сверхмалые кластеры Ni). Спектры 1—4 соответствуют N2O, NO, N2 и O2 соответственно.

Скачать (65KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025