Determinación DRIFT-MS cuantitativa de intermediarios y espectadores durante la oxidación de CO sobre catalizadores de oro soportado sobre nano-facetados {111} en nanocubos de CeO2

Abstract

Se investigó cuantitativamente la reacción de oxidación de CO sobre un catalizador modelo de nanopartículas de oro soportadas sobre nanocubos de CeO2 reconstruidos superficialmente en nanofacetas {111}. El catalizador de Au/CeO2{111} fue caracterizado por microscopia electrónica de transmisión para obtener un modelo preciso de la distribución de tamaños de partículas metálicas. Se utilizó un sistema de espectroscopia operando constituido por una celda/-reactor con detección por espectroscopia infrarroja en modo de reflectancia difusa (DRIFT) acoplado a un espectrómetro de masas (MS). Se llevaron cabo medidas DRIFT-MS de reactividad en estado estacionario y de espectroscopia de excitación por modulación (MES) con análisis de detección sensible a la fase (PSD), y de adsorción y reacción de especies superficiales. El CO se adsorbe sobre sitios Au de baja coordinación con un cubrimiento de ca. 40%, el cual es oxidado completamente a CO2, mientras que los grupos carbonatos (87 mol/m2) del soporte permanecen como espectadores. Se cuantificó que la cantidad de especies reactivas de oxígeno superficial (58 mol/m2) son hasta 3 veces mayores que la cantidad de especies Au-CO, indicando la existencia de un perímetro de hasta 2,4 nm, en la adyacencia de las partículas metálicas donde se aloja el oxígeno reactivo.

The CO oxidation reaction was investigated quantitatively on a model catalyst constituted by gold nanoparticles supported on CeO2 nanocubes reconstructed superficially in {111}-nanofacets. Au/CeO2 {111} catalyst was characterized by transmission electron microscopy to obtain an accurate model for the metal particles size distribution. An operando spectroscopy system consisting of a cell/-reactor with detection by infrared spectroscopy in diffuse reflectance mode (DRIFT) coupled to a mass spectrometer (MS) was used. DRIFT-MS measurements of steady-state reactivity and modulation excitation spectroscopy (MES) with phase sensitive detection (PSD) analysis, and adsorption and reaction of surface species, were carried out. CO is adsorbed on Au sites with low coordination with a coverage of ca. 40%, which is completely oxidized to CO2, while the adsorbed carbonate groups on the ceria support (87 μmol/m 2 ) remain as spectators. It was quantified that the reactive surface oxygen (58 mol/m 2 ) is up to 3 times greater than the number of Au-CO species, indicating the existence of a perimeter of up to 2.4 nm, in the adjacency of the metallic particles.