Nanostructures of gold and TiO2, CeO2 and CuO supported on inert surface: controlled formation of the active interface and its catalytic properties  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
62481
Type F
Principal investigator Horváth, Anita
Title in Hungarian Arany és módosító TiO2, CeO2 és CuO oxidokból felépülő nanoszerkezetek inert hordozón: az aktív határfelület szabályozott kialakítása és katalitikus tulajdonságai
Title in English Nanostructures of gold and TiO2, CeO2 and CuO supported on inert surface: controlled formation of the active interface and its catalytic properties
Keywords in Hungarian arany szolok, nanorészecskék, arany/oxid határfelület, CO oxidáció
Keywords in English gold sols, nanoparticles, gold/oxide interface, CO oxidation
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)95 %
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)5 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Isotopes, Hungarian Academy of Sciences
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-01-31
Funding (in million HUF) 3.196
FTE (full time equivalent) 1.56
state closed project
Summary in Hungarian
A szén-monoxid alacsony hőmérsékletű oxidációs reakciójában a kis arany nanorészecskék előállítási módja meghatározó a katalitikus aktivitás szempontjából, mivel a reaktánsok közül az oxigén aktiválásában az arany/oxid határfelület nagysága kulcsszerepet játszik. A jelen kutatás célja az arany/oxidhordozó határfelület tervezett és irányított kialakítása és vizsgálata folyadékfázisú eljárások (pl. a szol-módszer) felhasználásával. A titán-dioxid, cérium-oxid és réz-oxid (módosító vegyértékváltó oxidok) és az arany nanorészecskék egymáshoz mérhető mennyiségéből nanoméretű agglomerátumot illetve mag-héj szerkezetet létrehozva, majd azt egy inert, például szilícium-dioxid hordozóhoz kötve a módosító oxid-arany kölcsönhatás vizsgálható. A minták szerkezeti vizsgálata és katalitikus tesztelése elősegíti az optimális oxid-Au kölcsönhatás feltételeinek megismerését az ún. reális katalizátorok (porkatalizátorok, és nem egykristály vagy más modell rendszerek) esetén. A kutatás választ adhat arra, hogy szükséges-e a redukálható oxid tömbfázisú jelenléte vagy egy néhány nanométeres oxid réteg is kifejti, vagy esetleg javítja a katalitikus hatást.
Summary
In the low temperature carbon monoxide oxidation the preparation method of small gold nanoparticles is of main importance concerning the catalytic activity, since the gold/oxide interface plays a decisive role in activating oxygen. The present research is aimed at the controlled preparation and investigation of the gold/oxide support interface using liquid phase methods (for example sol method). After forming nanosize aggregates made of titania, ceria, copper oxide (reducible oxide modifiers) and gold particles, or fabricating the corresponding core-shell structures, then supporting both structures on an inert surface such as silica, the oxide-gold interaction is to be investigated. The structural and catalytic characterization of the samples provide deeper insights into the conditions of optimal oxide-gold interaction in realistic systems (viz. powder catalysts and not single crystals or other model samples). The research work is expected to answer the question whether the presence of reducible oxide in a bulk form is required to obtain high activity or a few nanometer thick oxide layer is efficient enough to improve catalytic properties.




 

Final report

  
Results in Hungarian
TiO2, CeO2, CuO „aktív” oxidokkal promoveált SiO2-hordozós Au-tartalmú katalizátorokat készítettünk és vizsgáltunk. Kétféle, arany szolok alkalmazásán alapuló szintézismódszerrel 6 nm-es arany részecskék felületén 1-3 nm-es aktív oxid szigeteket hoztunk létre. Az Au részecskék felületének módosítása a szolban vagy az Au/SiO2 mintán történt (melyet a szol polikationnal módosított SiO2 hordozóra való kötésével kaptunk). Feltehetőleg az arany részecskéket körülvevő negatív töltésű stabilizátorok (melyek még az Au/SiO2 mosása, szárítása után is jelen vannak) és az aktív oxidok prekurzorai közötti elektrosztatikus kölcsönhatások és komplexképződés biztosítja a promóveáló oxidok kedvezményezett kötődését az Au részecskék felületén a SiO2 felületével szemben. A katalizátorok végső szerkezete a kalcinálás során alakul ki, mely eltávolítja a szintézisből visszamaradt szerves anyagokat és a promotereket oxidformába hozza. A TiO2, CeO2, CuO-val részlegesen borított Au részecskék szinterelődési hajlama jelentősen csökkent, és kiváló CO oxidációs aktivitást mutattak a referencia mintákhoz képest, azaz, amikor az arany a tömbi aktív oxidon van diszpergálva. A SiO2 hordozón stabilizált kiterjedt promoter oxid-Au határfelület szinergetikus tulajdonságait az arannyal érintkező vékony oxid szigetek feltehetőleg megnövekedett oxigén-aktiválási képességével magyarázzuk. A tömbi jellegű aktív oxidok, melyek az aranytól távol helyezkednek el, lényegében nem befolyásolják a katalitikus aktivitást.
Results in English
SiO2 supported Au nanoparticles promoted by “active oxides” such as TiO2, CeO2, CuO were developed and investigated for catalytic purposes. Using two parallel synthesis methods based on the application of gold sols, decoration of Au particles of 6 nm with islands of the active oxide of 1-3 nm was achieved. The modification of Au particles was done either before or after the sol was adsorbed on SiO2 with the aid of a polycation. Decoration of Au particles by the promoters were assumed to be governed by the interaction of negative stabilizing sphere around Au nanoparticles (which still exists also on Au/SiO2 parent sample after washing and drying) and the active oxide precursors through electrostatic interactions and complex formation. The final catalyst structure was produced in calcination treatment to remove organic material and convert all promoter species into oxide form. The partial coverage of gold surface with TiO2, CeO2, CuO resulted in higher resistance of Au against sintering and outstanding CO oxidation activity compared to the case when Au is supported on bulk active oxide. The extended interface formed between the promoter oxide and Au with SiO2 underneath behaves in the catalytic reaction in a synergetic way probably due to the increased oxygen activation ability of thin TiO2, CeO2, CuO patches in contact with gold. Bulk active oxide particles isolated from gold, which are also present at higher loadings, do not contribute much to the catalytic activity.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62481
Decision
Yes





 

List of publications

  
T. Benkó*, A. Beck, A. Horváth, L. Guczi, Z. Schay: SELECTIVE OXIDATION OF D-GLUCOSE VERSUS CO OXIDATION OVER SUPPORTED GOLD CATALYSTS, 10th Pannonian International Symposium on Catalysis. Krakow, Poland, 29/08/2010-02/09/2010, 2010
A. Horváth, T. Benkó, Gy. Sáfrán, Zs. Varga, A. Beck, Gy. Stefler, J. Gubicza, L. Guczi: Silica-supported Au nanoparticles decorated by CeO2: Formation, morphology and CO oxidation activity, benyújtva, J. Phys. Chem. C, 2011
Beck A; Horváth A; Sárkány A; Guczi L: Building blocks of nanosized supported metals for catalysis: Carbonyl clusters or colloids?, Curr Appl Phys, 6 (2): 200-204, 2006
Venezia A M; Liotta F L; Pantaleo G; Beck A; Horváth A; Geszti O; Kocsonya A; Guczi L: Effect of Ti(IV) loading on CO oxidation activity of gold on TiO2 doped amorphous silica, Appl Catal A: Gen, 310: 114-121, 2006
Horváth A; Beck A; Sárkány A; Stefler Gy;, Varga Zs; Geszti O; Tóth L; Guczi L: Silica supported Au nanoparticles decorated by TiO2: formation, morphology and CO oxidation activity, J Phys Chem B 110 (31): 15417-15425, 2006
Sárkány A; Sajó I; Megyeri J; Horváth A; Guczi L: PROX investigations on MnOx and Au/MnOx catalysts, pp. 233-238 in Proc. of the 8th Pannonian International Catalysis Symposium, Szeged, July 4-7, Publ. Hungarian Zeolite Association, Szeged, 2006
Horváth A; Beck A; Sárkány A; Stefler Gy; Varga Zs; Geszti O; Tóth L, Guczi L: TiO2-decorated Au nanoparticles on SiO2: Structure and CO oxidation activity in the absence and presence of H2 (PROX), pp. 1-6 in Proc. of the 8th Pannonian International Catalysis Symposium, Szeged, July 4-7, Publ. Hungarian Zeolite Association, Szeged, 2006
Horváth A; Beck A; Sárkány A; Stefler Gy; Geszti O; Liotta L; Venezia A M; Guczi L: Study on SiO2 supported Au-TiO2 nanostructures: the effect of preparation procedure on the catalytic CO oxidation in the presence of hydrogen, előadás a GOLD 2006 konferencián, Limerick, Írország, Szeptember 3-6, 2006
Sarkany A; Hargitai P; Horváth A: Controlled synthesis of PDDA stabilized Au-Pd bimetallic nanostructures and their activity in hydrogenation of acetylene, Topics in Catalysis, 46 (1-2), 121-128, 2007
Beck A; Horváth A; Schay Z; Stefler Gy; Koppány Zs; Sajó I; Geszti O; Guczi L: Sol derived gold-palladium bimetallic nanoparticles on TiO2: Structure and catalytic activity in CO oxidation., Top Catal, 44 (1-2) 115-121, 2007
Guczi L; Beck A; Horváth A; Sárkány A; Stefler Gy; Geszti O: Novel method for preparation of nanostructured Au/TiO2 on SiO2 support by colloidal synthesis, Stud Surf Sci Catal, 172, 221-224, 2007
40. A. Beck, A. Horváth, Gy. Stefler, R. Katona, O. Geszti, Gy. Tolnai, L.F. Liotta, L. Guczi: Formation and structure of Au/TiO2 and Au/CeO2 nanostructures in mesoporous SBA-15, CATAL. TODAY, 139: 180-187, 2008
László Guczi, Andrea Beck, Anita Horváth, Gyula Tolnai, Olga Geszti and G. Sáfrán: Colloidal composites in preparation of catalysts, 14th ICC, Seoul, Korea, 2008, 2008
Guczi L., Beck A., Horváth A., Stefler G., Scurrell M. S., Guczi L.: Role of preparation techniques in the activity of Au/TiO2 nanostructures stabilised on SiO2: CO and preferential CO oxidation, Topics in Catalysis, 52: 912-919, 2009
Guczi L., Beck A., Frey K.: Role of promoting oxide morphology dictating the activity of Au/SiO2 catalyst in CO oxidation, Gold Bulletin, 42: 5-12, 2009
Beck, A. Horváth, Gy. Stefler, Gy. Sáfrán, L. Guczi: Colloidal approach in preparation of promoted Au/SiO2 catalysts, Gold2009, 5th International Conference on Gold Science, Technology and its Applications, Heidelberg, July 26-29, 2009, 2009
Beck, A. Horváth, Gy. Stefler, O. Geszti, L. Gu: The effect of preparation method on the formation of highly active Au-promoter oxide perimeter in promoted Au/SiO2 catalysts, COST D36 Workshop, Benahavis, 2009. October 21-23., 2009
A Beck, A. Horváth, A. Sárkány, L. Guczi: Stabilisation of catalytically active metal nanoparticles and nanocomposites on silica supports, Silica and Silicates in Modern Catalysis" edited by Istvan Halasz, published by Transworld Research Network, chapter 13, p. 313-345, 2010
T. Benkó, A. Beck, O. Geszti, R. Katona, A. Tungler, K. Frey, L. Guczi, Z. Schay: Selective oxidation of glucose versus CO oxidation over supported gold catalysts, App. Cat. A, 388: 31-36, 2010



Back »