Thermal and photo-catalytic studies on supported and promoted Au catalysts  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81517
Type K
Principal investigator Solymosi, Frigyes
Title in Hungarian A promotált és hordozott arany katalizátorok termikus és fotokatalitikus vizsgálata
Title in English Thermal and photo-catalytic studies on supported and promoted Au catalysts
Keywords in Hungarian hordozott arany katalizátor, arany nanorészecskék, fotokatalízis, H2 előállítás, alkoholok bontása, CO2 átalakítása, szénhidrogének reakciói
Keywords in English supported gold, gold nanoparticles, photocatalysis on gold, production of H2, decomposition of alcohols, conversion of CO2, NO+CO reaction
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (University of Szeged)
Participants Bánsági, Tamás
Farkas, Arnold Péter
Halasi, Gyula
Koós, Ákos
Starting date 2010-07-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 21.105
FTE (full time equivalent) 11.90
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatási program elsődleges célja a hordozott arany minták katalitikus sajátságainak vizsgálata néhány fontos folyamatban, amelyekben eddig az arany katalizátort még nem alkalmazták vagy csak néhány esetben. Ezek a következő reakciók: (i) NO redukciója CO-val, szénhidrogénekkel és alkoholokkal, (ii) hidrogén előállítása alkoholok és éterek katalitikus bontásával, (iii) szén-dioxid katalitikus átalakítása értékesebb vegyületekké, és (iv) szénhidrogének aktiválása és reakciói, különös tekintettel benzol alkilezésére. A részletes kinetikai mérések mellett nagy figyelmet szentelünk a katalizátorok aktív centrumainak felderítésére, a reakciók során képződött felületi komplexek kimutatására, azok helyének és szerepének megállapítására. A program jelentős részét képezi a bevilágítás hatásának tanulmányozása a fenti reakciókban, különös tekintettel a köztitermékek képződésére. Minden esetben vizsgáljuk a hordozók hatását, különös tekintettel az oxidok és az arany közötti elektromos kölcsönhatás kimutatására és szerepének felderítésére. Az oxidokon kívül szén és polimer hordozókat is alkalmazunk. Figyelmet fordítunk a tárolás alatt az arany nanorészecskék méretében és szerkezetében bekövetkező változások okának felderítésére és elkerülésére. Annak érdekében, hogy mélyebb információt nyerjünk a reagáló molekuláknak az arany katalizátoron történő adszorpciójáról, kötésviszonyáról és átalakulásának irányáról, tanulmányozzuk kölcsönhatásukat a tiszta és promotált Au(111) egykristály felülettel atomi szinten, nagy tisztaságú körülmények között, különböző elektronspektroszkópiai módszerekkel.
Summary
The primary aim of our research program is to investigate the catalytic performance of supported Au catalyst in some selected, important reactions, where it was not applied until now or only to a limited extent. These reactions are as follows: (i) reduction of NO with CO, hydrocarbons and alcohols, (ii) decomposition of oxygenated hydrocarbons, mainly alcohols and ethers to produce hydrogen, (iii) catalytic conversion of CO2 into more valuable compounds, and (iv) activation and reactions of hydrocarbons including alkylization of benzene with alcohols. Besides detailed kinetic measurements we pay attention to establish the active centers of the catalyst, to the detection of surface species formed in the reactions, to its location and possible role in the catalytic processes. A very important part of our program is the study the effect of photolysis on the rate of the reactions and on the formation of surface species by means of FTIR (supported Au) and also with HRRELS (Au single craystal in UHV). In all studies we deal with the influence of the supports, with the emphasis on the possible role of the electronic interaction between the Au nanoparticles and the oxidic supports. We also apply multiwall carbon nanotube and polymers as support materials. Attempts will be made to explore the reason of the deactivation of Au nano particles during storing and to work out the best conditions for the stabilization of Au catalysts. In order to obtain more information on the adsorption, bonding and reaction pathways of adsorbed reactants we examine their interaction with pure and promoted Au(111) single crystal by various electron spectroscopic methods in UHV.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A hordozott arany által katalizált NO+CO reakció mechanizmusának és az izocianát (NCO) komplex szerepének tisztázása érdekében megvizsgáltuk a HNCO adszorpcióját, kötését és stabilitását az Au(111) felületen különböző spektroszkópiai módszerekkel. A HNCO már 300 K alatt disszociál. A képződött az NCO lényegesen stabilisabb az Au(111)-en, mint a platina fémeken. Kutatási programunk jelentősebb részében a különböző szerves vegyületek (hangyasav, metanol, etanol és dimetil-éter) termikus bomlását tanulmányoztuk hordozott arany katalizátoron. Kísérleteinket kiterjesztettük a Mo2C-re és a platina fémekre. IR spektroszkópiai mérésekkel kimutattuk a reakciók alatt képződött felületi köztitermékeket. Megállapítottuk, hogy a tiszta, CO-mentes H2 előállítására a hangyasav bomlása a legalkalmasabb. A hordozott platina fémek közül legnagyobb szelektivitással (99%) a hidrogén az Ir/Noriton képződött. Ezt követően megvizsgáltuk a fenti vegyületek fotokatalitikus bomlását. Míg a termikus reakciók 473 K felett mentek végbe, a fotoreakciók már szobahőmérsékleten lejátszódtak. Megtaláltuk azokat a körülményeket, amelyek között tiszta, CO-mentes hidrogén előállítható. Infravörös spektroszkópiai módszer bekapcsolásával felderítettük a reakciók mechanizmusát. Érdekes eredmény, hogy a metanol fotokatalitikus bomlásában jelentős mennyiségben metil-formiát képződött. A katalitikus vizsgálatokkal párhuzamosan elkezdtük tanulmányozni a fenti vegyületek kölcsönhatását a TiO2(110) felülettel különböző elektron spektroszkópiai módszerekkel.
Results in English
In continuation of our research on the NO+CO reaction over supported Au catalyst concerning the mechanism and the role of isocyanate (NCO) species, we examined the adsorption, the bonding and the stability of HNCO on Au(111) in UHV system. It was found that HNCO undergoes dissociation below 300 K. NCO species formed is much more stable on Au than on Pt metals. The main part of our research program was devoted to the production of H2 possible free of CO on supported Au catalysts. The catalytic decomposition of several organic compounds (formic acid, methanol, ethanol, dimethyl ether) has been investigated. By means of in-situ FTIR spectroscopy the surface species formed during the adsorption and reactions were elaborated. It was found that formic acid is the most suitable compound to produce pure CO-free H2. Subsequently the photocatalytic decomposition of the above compounds was examined. While the thermal reactions occurred above 473 K, the photoreactions proceeded even at room temperature. Efforts were made to evaluate the possible mechanism of the photocatalytic reactions. We succeeded to produce CO-free H2 even at room temperature and in visible light. An interesting finding is the production of a significant amount of methyl formate in the photocatalytic decomposition of methanol at 300 K. A great attention was paid to its formation and photo-induced decomposition. Parallel with catalytic studies the adsorption and reactions of above compounds are being examined on TiO2(110) in UHV system with various electron spectroscopic methods.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81517
Decision
Yes





 

List of publications

  
Koos A, Solymosi F: Production of CO-free H-2 by formic acid decomposition over Mo2C/carbon catalysts, Catalysis Letters 138: 23-27, 2010
Farkas AP, Solymosi F: Photolysis of the CO2 + K/Au(111) system, Journal of Physical Chemistry C 114: 16979-16982, 2010
Solymosi F, Halasi Gy, Kecskeméti A: Photocatalytic reduction of NO with ethanol on pure, N-doped TiO2 and Ag/TiO2, 3rd International Conference on Semiconductor Photochemistry, Glasgow, 2010
Koós Á, Széchenyi A, Solymosi F: Reaction of C2H5OH and CH3OH over W2C supported by Norit, 9th Novel Gas Conversion Symposium, Lyon, 2010
Koós Á, Solymosi F: Production of CO-free H2 by formic acid decomposition over Mo2C/carbon catalysts, 6th EFCATS Catalysis & Surface Science for Renewable & Energy, Izmir, 2010
Gazsi A, Koos A, Bansagi T, Solymosi F: Adsorption and decomposition of ethanol on supported Au catalysts, Catalysis Today 160: 70-78, 2011
Pronsato ME, Pistonesi C, Juan A, Farkas AP, Bugyi L, Solymosi F: Density functional theory study of methyl iodide adsorption and dissociation on clean and K-promoted β-Mo2C surfaces, Journal of Physical Chemistry C 115: 2798-2804, 2011
Gazsi A, Ugrai I, Solymosi F: Production of hydrogen from dimethyl ether on supported Au catalysts, Applied Catalysis A-General 391: 360-366, 2011
Gazsi A; Bansagi T; Solymosi F: Decomposition and reforming of formic acid on supported Au catalysts Production of CO-free H2, Journal of Physical Chemistry C 115: 15459-15466, 2011
Halasi Gy, Ugrai I, Solymosi F: Photocatalytic decomposition of ethanol on TiO2 modified by N and promoted by metals, Journal of Catalysis 281: 309-317, 2011
Solymosi F, Koos A, Liliom N, Ugrai I: Production of CO-free H-2 from formic acid. A comparative study of the catalytic behavior of Pt metals on a carbon support, Journal of Catalysis 279: 213-219, 2011
A. P. Arnold, F. Solymosi: Atomi felületi adalékolás technológiája és kémiai hatásainak tanulmányozása HREELS, AES és TDS módszerekkel, ELFT Vákuumfizikai, -technológiai és Alkalmazásai Szakcsoport, a Magyar Vákuumtársaság (HVS), az MTA Elektronikus Eszközök és Technológiák Bizottsága (EETB) és az MTA Fel, 2011
Solymosi F: Surface photochemistry and photocatalysis (előadás), Energy Challenges for Advanced Materials and Processes, Cappadocia, Turkey, 2011
Solymosi F, Koos A, Gazsi A: Preparation of carbides effective for the production of CO-free H2 (előadás), 17th International Symposium on the Reactivity of Solids, Bordeaux, France, 2011
Solymosi F, Koos A, Liliom N, Ugrai I: Production of CO-free H2 by formic acid decomposition over Pt metals supported by carbon (előadás), 22nd North American Meeting, North American Catalysis Society, Detroit, USA, 2011
A. P. Farkas, A. Berkó, F. Solymosi: Interaction of HNCO with Au(111) surfaces, Surface Science 606: 1345-1349, 2012
Gy. Halasi, G. Schuber, F. Solymosi: Photolysis of HCOOH over Rh deposited on pure and N-modified TiO2. Production of pure H2, Catalysis Letters 142: 218-223, 2012
Gy. Halasi, G. Schubert, F. Solymosi: Comparative study on the photocatalytic decomposition of methanol on TiO2 modified by N and promoted by metals, Journal of Catalysis 294: 199-206, 2012
Gy. Halasi. G. Schubert, F. Solymosi: Photodecomposition of formic acid on N-doped and metal-promoted TiO2. Production of CO-free H2, Journal of Physical Chemistry C 116: 15396-15405, 2012
A. P. Farkas, F. Solymosi: Activation and reactions of CO2 on a K-promoted Au(111) surface, Catalysts for Bio-Ethanol and Bio-Methane Conversion, Cross Border Cooperation Programme 2007-2013, Szeged, 12-14 June 2012, 2012
Gy. Halasi, G. Schubert, F. Solymosi: Photodecomposition of formic acid on N-doped and metal-promoted TiO2; Production of CO-free H2, 15th International Congress on Catalysis, München, 2012, 2012
Farkas AP, Solymosi F: Reactions of formate species on metal-deposited TiO2(110) surface; effect of UV illumination, 19th International Vacuum Congress (IUVSTA), Párizs, 2013
Gazsi A, Schubert G, Bánsági T, Solymosi F: Photocatalytic decomposition of methanol and ethanol on Au supported by pure or N-doped TiO2, Journal of Photochemistry and Photobiology A Chemistry 271: 45-55, 2013
Gazsi A, Schubert G, Pusztai P, Solymosi F: Photocatalytic decomposition of formic acid and methyl formate on TiO2 doped with N and promoted with Au. Production of H2, International Journal of Hydrogen Energy 38: 7756-7766, 2013
Schubert G, Bánsági T, Solymosi F: Photocatalytic decomposition of methyl formate over TiO2-supported Pt metals, Journal of Physical Chemistry C 117: 22797-22804, 2013
Kiss J, Révész K, Klivényi G, Solymosi F: Preparation of a boron nitride single layer on a polycrystalline Rh surface, Applied Surface Science 264: 838-844, 2013
Gazsi A, Schubert G, Solymosi F: Photodecomposition of formic acid on N-doped and Au-promoted TiO2. Production of CO-free H2, 10th Natural Gas Conversion Symposium, Doha, Katar, 2013
Gazsi A, Schubert G, Solymosi F: Photocatalytic decomposition of dimethyl ether on Au nano particles supported by pure and N-doped TiO2, Challenges in Chemical Renewable Energy, Cambridge, Anglia, 2013
Gazsi A, Shubert G, Solymosi F: Production of CO-free hydrogen in photocatalytic reactions, Gordon Research Conferences, Chemical Reactions at Surfaces, Les Diablerets, Svájc, 2013
Halasi Gy, Schubert G, Solymosi F: Production of hydrogen. Photocatalytic decomposition of dimethyl ether on N-doped and metal-promoted TiO2, 3rd European Symposium on Photocatalysis, Portoroz, Szlovénia, 2013



Back »