Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences66030410.31857/S0453881123030115ARTICLESСТАТЬИStabilization of a Carbon Support by Surface Oxygen with Respect to Nitrogen Dioxide in the Pd/HOPG Model SystemСтабилизация углеродного носителя поверхностным кислородом по отношению к диоксиду азота в модельной системе Pd/ВОПГSmirnovM. Yu.СмирновМ. Ю.smirnov@catalysis.ruKalinkinA. V.КалинкинА. В.smirnov@catalysis.ruBukhtiyarovV. I.БухтияровВ. И.smirnov@catalysis.ruBoreskov Institute of Catalysis SB RASФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН0105202364333634422022025Copyright ©; 2023, М.Ю. Смирнов, А.В. Калинкин, В.И. БухтияровCopyright ©; 2023, М.Ю. Смирнов, А.В. Калинкин, В.И. Бухтияров2023М.Ю. Смирнов, А.В. Калинкин, В.И. БухтияровМ.Ю. Смирнов, А.В. Калинкин, В.И. Бухтияровhttps://journals.eco-vector.com/0453-8811/article/view/660304

X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method has been used to study the effect of oxygen on the surface of a carbon support on the result of NO2 interaction with model systems prepared by evaporation of palladium on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). For Pd/HOPG samples with an atomic ratio [O]/[C] ≤ 0.0035, graphite oxidized with the destruction of its structure to a depth of 10–15 graphene layers. In this case, palladium particles remained in the metallic state and penetrated into the subsurface layer of the support due to the deep oxidation of the adjacent carbon atoms. At the atomic ratio [O]/[C] ≈ 0.01–0.02, the result of the interaction changed dramatically. In this case, the HOPG remained stable, and the palladium particles were oxidized to form an oxide. This finding explained the high stability of supported palladium catalysts prepared on Sibunit carbon supports in reactions of oxidation catalysis.

В работе с использованием метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) исследовано влияние предварительной окислительной обработки поверхности носителя на характер взаимодействия NO2 с модельными системами, приготовленными напылением палладия на высоко ориентированный пиролитический графит (ВОПГ). Установлено, что для образцов Pd/ВОПГ с атомным отношением [O]/[C] ≤ 0.0035 наблюдается окисление углеродного носителя с разрушением его структуры на глубину 10–15 графеновых слоев. Частицы палладия остаются при этом в металлическом состоянии и внедряются в приповерхностный слой носителя из-за глубокого окисления прилегающих атомов углерода. При атомном отношении [O]/[C] ≈ 0.01–0.02 направление взаимодействия кардинально изменяется. В таком случае носитель остается стабильным, а частицы палладия окисляются с образованием оксида. Полученный результат объясняет высокую устойчивость нанесенных палладиевых катализаторов, приготовленных с использованием углеродного носителя Сибунит в реакциях окислительного катализа.

palladiumhighly oriented pyrolytic graphite (HOPG)NO2X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)палладийвысоко ориентированный пиролитический графит (ВОПГ)NO2рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС)Yoon B., Wai C.M. // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 17174.Mori A., Miyakawa Y., Ohashi E., Haga T., Maegawa T., Sajiki H. // Org. Lett. 2006. V. 8. P. 3279.Делий И.В., Симакова И.Л. // Изв. Акад. Наук, сер. хим. 2008. Т. 57. С. 2020.Deliy I.V., Simakova I.L., Ravasio N., Psaro R. // Appl. Catal. A: Gen. 2009. V. 357. P. 170.Monguchi Y., Mizuno M., Ichikawa T., Fujita Y., Murakami E., Hattori T., Maegawa T., Sawama Y., Sajiki H. // J. Org. Chem. 2017. V. 82. P. 10939.Althikrallah H., Kunstmann-Olsen C., Kozhevnikova E.F., Kozhevnikov I.V. // Catalysts. 2020. V. 10. P. 1171.Ukisu Y., Miyadera T. // React. Kinet. Catal. Lett. 2004. V. 81. P. 305.Chen L., Yang K., Liu H., Wang X. // Carbon. 2008. V. 46. P. 2137.Yuan Z., Stephan R., Hanf M.C., Becht J.M., Le Drian C., Hugentobler M., Harbich W., Wetzel P. // Eur. Phys. J. D. 2011. V. 63. P. 401.Song S., Wang Y., Yan N. // Molec. Cat. 2018. V. 454. P. 87.Li F., Zhang B., Wang E., Dong S. // J. Electroanal. Chem. 1997. V. 422. P. 27.Gao G.-Y., Guo D.-J., Li H.-L. // J. Power Sources. 2006. V. 162. P. 1094.Mazumder V., Sun S. // J. Amer. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 4588.Chen L., Hu G., Zou G., Shao S., Wang X. // Electrochem. Comm. 2009. V. 11. P. 504.Yermakov Y.I., Surovikin V.F., Plaksin G.V., Semikolenov V.A., Likholobov V.A., Chuvilin A.V., Bogdanov S.V. // React. Kinet. Catal. Lett. 1987. V. 33. P. 435.Simonov P.A., Likholobov V.A. Physicochemical Aspects of Preparation of Carbon-Supported Noble Metal Catalysts. In: Catalysis and Electrocatalysis at Nanoparticle Surfaces. CRC Press, Eds. A. Wieckowski, E.R. Savinova, C.G. Vayenas. 2003, Ch. 12, P. 409.Simakova O.A., Simonov P.A., Romanenko A.V., Simakova I.L. // React. Kinet. Catal. Lett. 2008. V. 95. P. 3.Локтева Е.С., Ростовщикова Т.Н., Качевский С.А., Голубина Е.В., Смирнов В.В., Стахеев А.Ю., Телегина Н.С., Гуревич С.А., Кожевин В.М., Явсин Д.А. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 784.Gudarzi D., Simakova O.A., Hernández Carucci J.R., Biasi P.D., Eränen K., Kolehmainen E., Turunen I., Murzin D.Y., Salmi T. // Chem. Eng. Trans. 2010. V. 21. P. 925.Романенко А.В., Воропаев И.Н., Абдуллина Р.М., Чумаченко В.А. // Химия твердого топлива. 2014. № 6. С. 33.Симонов П.А., Романенко А.В., Лихолобов В.А. // Химия твердого топлива. 2014. № 6. С. 40.Бельская О.Б., Мироненко Р.М., Гуляева Т.И., Тренихин М.М., Лихолобов В.А. // Изв. Акад. Наук, сер. хим. 2018. № 1. С. 71.Lokteva E.S., Golubina E.V. // Pure Appl. Chem. 2019. V. 91. P. 609.Golub F.S., Beloshapkin S., Gusel’nikov A.V., Bolotov V.A., Parmon V.N., Bulushev D.A. // Energies. 2019. V. 12. P. 3885.Шляпин Д.А., Глыздова Д.В., Афонасенко Т.Н., Темерев В.Л., Цырульников П.Г. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. С. 479.German D., Pakrieva E., Kolobova E., Carabineiro S.A.C., Stucchi M., Villa A., Prati L., Bogdanchikova N., Corberán V.C., Pestryakov A. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 115.Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Симонов П.А., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. С. 602.Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 568.Смирнов М.Ю., Калинкин А.В., Сорокин А.М., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. С. 893.Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. Eden Prairie: Perkin-Elmer Co, 1992.Калинкин А.В., Сорокин А.М., Смирнов М.Ю., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. С. 371.Schnyder B., Alliata D., Kotz R., Siegenthaler H. // Appl. Surf. Sci. 2001. V. 173. P. 221.Yang D.-Q., Sacher E. // Surf. Sci. 2002. V. 504. P. 125.Rousseau B., Estrade-Szwarckopf H., Thomann A.-L., Brault P. // Appl. Phys. A. 2003. V. 77. P. 591.Blume R., Rosenthal D., Tessonnier J.-P., Li H., Knop-Gericke A., Schlogl R. // ChemCatChem. 2015. V. 7. P. 2871.Susi T., Pichler T., Ayala P. // Beilstein J. Nanotechnol. 2015. V. 6. P.177.Paredes J.I., Martınez-Alonso A., Tascon J.M.D. // Langmuir. 2007. V. 23. P. 8932.Favaro M., Agnoli S., Perini L., Durante C., Gennaro A., Granozzi G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. P. 2923.Merel P., Tabbal M., Chaker M., Moisa S., Margot J. // Appl. Surf. Sci. 1998. V. 136. P. 105.Utsumi S., Honda H., Hattori Y., Kanoh H., Takahashi K., Sakai H., Abe M., Yudasaka M., Iijima S., Kaneko K. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 5572.Stobinski L., Lesiak B., Malolepszy A., Mazurkiewicz M., Mierzwa B., Zemek J., Jiricek P., Bieloshapka I. // J. Electron Spectrosc. Related Phenom. 2014. V. 195. P. 145.Kovtun A., Jones D., Dell’Elce S., Treossi E., Liscio A., Palermo V. // Carbon. 2019. V. 143. P. 268.Stanczyk K., Dziembaj R., Piwowarsca Z., Witkowski S. // Carbon. 1995. V. 33. P. 1383.Kostecki R., Schnyder B., Alliata D., Song X., Kinoshita K., Kotz R. // Thin Solid Films. 2001. V. 396. P. 36.Martınez M.T., Callejas M.A., Benito A.M., Cochet M., Seeger T., Anson A., Schreiber J., Gordon C., Marhic C., Chauvet O., Fierro J.L.G., Maser W.K. // Carbon. 2003. V. 41. P. 2247.Hou S., Su S., Kasner M.L., Shah P., Patel K., Madarang C.J. // Chem. Phys. Lett. 2010. V. 501. P. 68.Ghosh B., Sarma S., Pontsho M., Ray S.C. // Diamond Relat. Mater. 2018. V. 89. P. 35.Yang D., Velamakanni A., Bozoklu G., Park S., Stoller M., Piner R.D., Stankovich S., Jung I., Field D.A., Ventrice C.A., Ruoff R.S. // Carbon. 2009. V. 47. P. 145.Figueiredo J.L., Pereira M.F.R. // Catal. Today. 2010. V. 150. P. 2.Ganguly A., Sharma S., Papakonstantinou P., Hamilton J. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 17009.Ansón-Casaosa A., Puértolas J.A., Pascual F.J., Hernández-Ferrera J., Castell P., Benito A.M., Maser W.K., Martínez M.T. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 301. P. 264.Nosova L.V., Stenin M.V., Nogin Yu.N., Ryndin Yu.A. // Appl. Surf. Sci. 1992. V. 55. P. 43.Aiyer H.N., Vijayakrishnan V., Subbanna G.N., Rao C.N.R. // Surf. Sci. 1994. V. 313. P. 392.Glyzdova D.V., Afonasenko T.N., Khramov E.V., Leont’eva N.N., Prosvirin I.P., Bukhtiyarov A.V., Shlyapin D.A. // Appl. Catal. A: Gen. 2020. V. 600. P. 117627.Смирнов М.Ю., Клембовский И.О., Калинкин А.В., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. С. 750.Zemlyanov D., Azalos-Kiss B., Kleimenov E., Teschner D., Zafeiratos S., Havecker M., Knop-Gericke A., Schlogl R., Gabasch H., Unterberger W., Hayek K., Klotzer B. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 983.Kibis L.S., Titkov A.I., Stadnichenko A.I., Koscheev S.V., Boronin A.I. // Appl. Surf. Sci. 2009. V. 255. P. 9248.Peuckert M. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. P. 2481.Fleisch T.H., Mains G.J. // J. Phys. Chem. 1986. V. 90. P. 5317.Pillo T., Zimmermann R., Steiner P., Hufner S. // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 3987.Militello M.C., Simko S.J. // Surf. Sci. Spectra. 1997. V. 3. P. 395.Brun M., Berthet A., Bertolini J.C. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1999. V. 104. P. 55.Mirkelamoglu B., Karakas G. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 299. P. 84.Titkov A.I., Salanov A.N., Koscheev S.V., Boronin A.I. // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 4119.Wang J., Yun Y., Altman E.I. // Surf. Sci. 2007. V. 601. P. 3497.