Gold and silver catalysts for abatement of environmentally harmful materials: modeling the structure dependency  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
85631
Type NNF2
Principal investigator Frey, Krisztina
Title in Hungarian Környezetvédelmileg ártalmas anyagok csökkentése arany és ezüst katalizátorral: a szerkezetfüggés modellezése
Title in English Gold and silver catalysts for abatement of environmentally harmful materials: modeling the structure dependency
Keywords in Hungarian CO oxidáció, NOx redukció, arany katalizátorok, ezüst katalizátorok
Keywords in English CO oxidation, NOx reduction, gold catalysts, silver catalysts
Discipline
Chemical Engineering (Council of Physical Sciences)40 %
Ortelius classification: Environmental chemistry
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)40 %
Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology)
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)20 %
Ortelius classification: Surface chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute for Energy Security and Environmental Safety (MTA Centre for Energy Research)
Participants Bálint Hakkel, Orsolya
Guczi, László
Ollár, Tamás
Schay, Zoltán
Vargáné Beck, Andrea
Starting date 2011-04-01
Closing date 2013-09-30
Funding (in million HUF) 3.477
FTE (full time equivalent) 5.80
state closed project
Summary in Hungarian
A gépkocsik kipufogó gázaiban nagy mennyiségű NOx, CO és szénhidrogén-származék található, amelyek ártalmasak az emberi szervezetre. Ezek a komponensek drasztikusan csökkenthetők a háromutas katalizátor alkalmazásával.
A napjainkban alkalmazott háromutas katalizátorokban Pt, Pd és Rh található cirkónium-oxid stabilizált cérium-oxid, cirkónium-oxid és α-alumínium-oxid hordozón. A jelen munka célja Au és Ag alapú katalizátor család fejlesztése a drága Pt és Rh helyettesítésére.
A korábbiakban vizsgált (SiO2, TiO2, CeO2) oxid komponensek (hordozók) körét tovább bővítjük. Kétfémes Au-Ag és egyfémes Au és Ag nanorészecskéket szol adszorpciós módszerrel helyezünk nagyfelületű MnOx és CoOx hordozókra, amelyeket oxalátos lecsapatással készítünk. Vizsgáljuk a két fém egymásra hatását az ötvözet fázisban, és a hordozó hatást.
A minták jellemzését különböző módszerekkel végezzük: pl. fotoelektron-spektroszkópia (XPS), transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM), röntgendiffrakció (XRD). Valamint vizsgáljuk őket CO oxidációban és NOx (NO vagy N2O) CO-dal történő redukciójában, melyeknek kiemelkedő szerepe van a kipufogó gázok összetételének kontrollálásában és az üvegház hatású gázok eltávolításában.
A katalitikus mérések eredményeinek értékelésénél fontos az Au felületének meghatározása melyre új módszert igyekszünk kidolgozni.
Az eredményeket nemzetközileg elismert folyóiratokban szeretnénk publikálni és konferencián bemutatni.
Summary
Automotive exhaust gas contains high concentrations of NOx, CO, and hydrocarbons, which are harmful to human health. These components can be reduced drastically by the use of three-way catalyst.
All commercial three-way catalysts in use at present are based on Pt, Pd, and Rh on a support comprised of zirconia-stabilized ceria, zirconia and α-alumina. The present project is aimed at developing a novel family of catalysts, based on Au and Ag, the most promising alternative candidates, to replace the more expensive Pt and Rh.
Earlier studied oxide supports (SiO2, TiO2, CeO2) will be complemented other active oxides. We will prepare high surface area MnOx and CoOx supports by oxalate precipitation. We wish to produce MnOx and CoOx supported bimetallic Au-Ag and monometallic Au and Ag particles of similar size using sol preparation and adsorption method to clarify the cooperation of the two metals in the alloyed phase, and the support effect.
The samples will be characterized by different techniques (e.g.: X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD)). They will be also studied in CO oxidation as well as in NOx (N2O or NO) reduction by CO, which are of fundamental importance in automotive pollution control and greenhouse-gas elimination.
For the evaluation of the catalytic results is very important to know the surface area of Au particles. In this project we would like to work out a new method for determination of Au particles surface area.
We would like to publish our results in good journals and present them at a conference.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Szol adszorpciós módszerrel előállított SiO2 hordozós AuAg kétfémes katalizátorokon (ld. NNF 77837 projekt) vizsgáltuk a két fém egymásra hatását az ötvözet fázisban. Ez utóbbi és az AuAg/redukálható fémoxid határfelületek tanulmányozását különböző jól definiált modell rendszeren is folytattuk. Ehhez Au, Ag és AuAg rétegeket és nanorészecskéket párologtattunk kontrollált körülmények között SiO2-vel borított Si(100) felületekre MBE módszerrel. MnOx, CoOx és vegyes MnCoOx oxid mintákat, mint ígéretes oxidációs katalizátorokat oxalátos és karbonátos lecsapatással állítottunk elő Au, Ag és AuAg aktív hordozójaként történő későbbi vizsgálatokhoz, azonban először ezen oxidok szerkezet- és katalitikus vizsgálatát végeztük el. A mintákat különböző módszerekkel jellemeztük (XPS, TEM, XRD, RAMAN, XANES), valamint vizsgáltuk őket CO oxidációban és NO CO-dal történő redukciójában, mint a kipufogó gázok ártalmatlanításának modell reakcióiban. AuAg/SiO2 esetében a glükóz oxidációs aktivitást is teszteltük. Az AuAg/SiO2 kisebb aktivitást mutatott CO oxidációban, mint az egyfémes minták, és NO+CO reakcióban inaktívak voltak, viszont szinergikus hatást mutattak a glükóz szelektív oxidációjában. A Mn-, Co- és vegyes MnCo-oxidok aktívak voltak CO oxidációban. A MnCo-oxid mintákon szinergikus aktivitás növekedés volt megfigyelhető ebben a reakcióban hidrogén jelenlétében (PROX) is, viszont a CO+NO reakcióban aktivitásuk nem múlta felül a Co- és és a kevésbé aktív Mn-oxidét.
Results in English
We studied SiO2 supported bimetallic AuAg and monometallic Au and Ag particles prepared (see NNF 78837 project) by sol adsorption method to clarify the cooperation of the two metals in the alloyed phase. We continued the investigation of this effect and AuAg/reducible metal oxide interface on model catalysts of well defined various structures. For this Au and Ag nanoparticles and layers were evaporated in controlled way onto Si(100) wafers using MBE. We produced also MnOx, CoOx and MnCoOx mixed oxides using oxalate and carbonate precipitation methods as promising oxidation catalysts for a future application as active support of Au, Ag and AuAg, however first we studied the own structural and catalytic properties of these oxides. The samples were characterized by different techniques (XPS, TEM, XRD, RAMAN, XANES), and studied in CO oxidation and NO reduction by CO as model reaction for automotive exhaust gas abatement processes. In case of AuAg/SiO2 glucose oxidation activity was also tested. The AuAg/SiO2 prepared systems showed lower activity than the monometallic analogous in CO oxidation and was not active in NO+CO reaction, but showed synergetic effect in selective glucose oxidation. The Mn-, Co- and mixed MnCo-oxide very highly active in CO oxidation. In MnCo-oxide synergetic activity increase was observed in CO oxidation and in preferential CO oxidation in hydrogen, but in CO+NO the activity did not exceed that of Co- and Mn-oxide, which latter was less active.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=85631
Decision
Yes





 

List of publications

 
A. Beck, K. Frey, Z. Schay, L. Borkó, I. Sajó, G. Sáfrán, N. Kruse, D. Teschner: Manganese-promoted cobalt oxide in PROX reaction, 11th European Congress on Catalysis – EuropaCat-XI, Lyon, France, 2013
T. Benkó, K.Frey, A. Beck, O.Geszti, L.Guczi, Z.Schay: Silica-supported bimetallic Ag-Au nanoparticles: Formation, structure and high activity in glucose oxidation, 11th European Congress on Catalysis – EuropaCat-XI, Lyon, France, 2013
K. Frey, A. Beck, G. Pető, F. Tanczikó, I. Sajó: ELECTRON STRUCTURE OF IRON-OXIDE GROWN ONTO SILVER, SILVER-GOLD ALLOY CATALYSTS BY MBE, Bécs, szeminárium, 2013
K. Frey, A. Beck, I. Sajó, J. Osán, G. Sáfrán, M. Veres, N. Kruse, Z. Schay: Manganese-promoted cobalt oxide with high catalytic activity in different reactions, 15th International Congress on Catalysis, 2012
Krisztina Frey, Gábor Pető, Ferenc Tanczikó, István Sajó, László Guczi: Role of iron oxide on gold/silver inverse model system prepared by molecular beam epitaxy, 15th International Congress on Catalysis, 2012
Krisztina Frey, Viacheslav Iablokov, György Sáfrán, János Osán, István Sajó, Rafal Szukiewicz,Sergey Chenakin, Norbert Kruse: Nanostructured MnOx as highly active catalyst for CO oxidation, Journal of Catalysis, 287, 30–36, 2012
Pál Tétényi, Tamás Ollár, Tibor Szarvas: Sulfur exchange capacity and thiophene hydrodesulfurization activity of sulfided molybdena-alumina catalysts promoted by nickel, Catalysis Today, 181, 148– 155, 2012
Frey K., Iablokov V., Sáfrán Gy., Osán J., Sajó I., Szukiewicz R., Chenakin S. and Kruse N.: High catalytic activity in CO oxidation over MnOx nanocrystals, EuropaCat X, Glasgow (oral), 2011
Frey K., Benkó T., Geszti O., Schay Z. and Guczi L.: SiO2 supported Ag-Au alloy nanoparticles with high catalytic activity in different reactions, EuropaCat X, Glasgow (oral), 2011
Krisztina Frey, Timea Benkó, Olga Geszti, László Guczi, Zoltán Schay: SiO2 supported Ag-Au alloy nanoparticles with high catalytic activity in selective oxidation of glucose: SiO2 supported Ag-Au alloy nanoparticles with high catalytic activity in selective oxidation of glucose, International conference on Structure performance relationships in functional materials: catalysis, electrochemistry and surfactants; COST Action D36 Final Workshop (oral, 2011
Krisztina Frey: Catalytic activity in CO oxidation reaction over gold and silver catalysts: modelling the structure dependency, Bécs, szeminárium, 2011
Tamás Ollár, Tibor Szarvas, Pál Tétényi: Behaviour of catalytic sulphur in HDS process, EuropaCat X, Glasgow (poster), 2011




Back »