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Aug 11, 2023

Pd의 진화에 대한 조사

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Nature Communications 13권, 기사 번호: 5080(2022) 이 기사 인용

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운송 과정에서 배출되는 메탄을 효율적으로 처리하는 것은 여전히 ​​어려운 과제입니다. 여기에서는 기계적 밀링과 건식 및 습윤 조건에서 메탄 총 산화를 위한 전통적인 함침에 의해 합성된 팔라듐과 백금 모노메탈 및 바이메탈 세리아 지지 촉매를 조사하여 천연가스 차량의 배기가스에 존재하는 촉매를 재현합니다. 투과 전자 현미경과 함께 현장 싱크로트론 기술(X선 회절, X선 흡수 및 대기압 광전자 분광법) 툴킷을 적용함으로써 합성 방법이 나노 규모의 상호 작용과 구조에 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 우리의 결과는 밀링된 촉매의 구성 요소가 금속 Pd를 지지체와 강력하게 상호 작용하는 Pd 산화물 종으로 변환하고 전통적으로 합성된 촉매보다 변조된 PdO/Pd 비율을 달성하는 더 높은 능력을 가지고 있음을 보여줍니다. 우리는 밀링으로 얻은 독특한 구조가 촉매 활성의 핵심이며 습식 공급에서 더 높은 메탄 전환율 및 더 긴 안정성과 상관 관계가 있음을 입증합니다.

팔라듐-백금 기반 물질은 단독으로 또는 Rh와 결합하여 이동원에서 배출되는 다양한 후처리 시스템을 위한 최첨단 촉매입니다1,2,3,4. Pd와 Pt를 함유한 바이메탈 제제는 미연 메탄을 저감하기 위해 천연가스 연료 차량(NGV)에 사용됩니다5,6,7. 이는 20년 동안 지구 온난화 지수가 CO2의 86배에 달하는 강력한 온실가스입니다. 100년 단위로 보면 34배 더 높습니다8. 지난 몇 년 동안 NGV가 기하급수적으로 증가하고 재생 가능한 천연가스 연료 차량의 증가로 인해9,10 대기로의 메탄 배출 문제를 해결하고 줄이는 것이 점점 더 관심을 받고 있으며 촉매 시스템의 최적화가 중요해졌습니다. 점점 더 많은 관심을 끌었습니다7,11,12. 메탄 산화에 가장 활성이 높은 것으로 널리 알려진 Pd 기반 촉매에 백금을 첨가하면 황 중독13,14,15 및 에 존재하는 많은 증기 함량으로 인한 비활성화에 대한 촉매 안정성을 향상시키는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 배기 장치 16,17,18,19.

지난 몇 년 동안 촉매 활성 및 안정성에 대한 백금의 역할을 확인하기 위한 많은 노력이 수행되었습니다. 대부분의 결과는 현장 도구를 사용하여 얻은 것입니다. 그럼에도 불구하고 실제 작업 활성 사이트를 식별하고 그 진화를 이해하려면 현장 및 Operando 기술이 필요합니다. 이와 관련하여, 현장 X선 흡수 미세구조 분광법(XAFS)을 사용하여 Pd 산화가 CH4 연소 활동의 전제조건이라는 것이 관찰되었습니다22. 습한 조건에서 바이메탈 Pd-Pt 촉매의 향상된 활성은 산소가 Pt23을 중독시키는 건식 메탄-희박 공급에서는 발생하지 않는 표면 산소 부족과 병행됩니다. 저온 희박 CH4 연소 조건에서 단일금속 Pd 촉매는 473~773K 사이에서 완전히 산화되는 반면, Pd-Pt(Pd:Pt 비율 2:1) 촉매는 Pd와 PdO의 공존을 보여주는 것으로 나타났습니다. 동일한 온도 범위. 이는 Pt가 메탄 연소에 대해 PdO보다 덜 활성인 것으로 간주되는 감소된 Pd 상의 형성을 촉진한다는 것을 나타냅니다. 현장 XAFS를 통해 바이메탈 PtPd 촉매의 진화를 추적하여 코어-쉘 구조의 형성으로 인해 Pd 전용 샘플에 비해 소결에 대한 더 높은 안정성을 평가했습니다. 최근 주변 압력에 가까운 X선 광전자 분광법(AP-XPS) 연구에 따르면 희박 조건에서 Pd는 완전히 산화되는 경향이 있어 화학양론적 조건 하의 거동과 비교하여 촉매 활성에 대한 백금의 기여를 덜 명확하게 합니다. 여기서 바이메탈 촉매는 Pt26의 존재에 의해 촉진된 Pd2+와 Pd0의 공존으로 인해 더 낮은 라이트 오프 온도를 나타냅니다. 이전에는 현장 XPS를 통해 Pd2+의 표면 분율이 Pt 함량에 따라 결정되었습니다. 서로 다른 실험 조건, Pd:Pt 비율 및 산소 함량으로 인해 결과에 일부 명백한 모순이 있음에도 불구하고 이러한 모든 연구는 Pd 전자 상태에 대한 백금의 강력한 영향과 결과적으로 촉매 특성에 동의합니다.