Кинетика и катализ, 2021, T. 62, № 5, стр. 602-618

Локальный химический анализ поверхности зерен, “cauliflowers” и пор на Pt–Pd–Rh–Ru-сетках после окисления NH3 при 1133 К

А. Н. Саланов a*, Н. М. Чеснокова a, А. Н. Серкова a, Л. А. Исупова a

a ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630090 Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Россия

* E-mail: salanov@catalysis.ru

Поступила в редакцию 12.04.2021
После доработки 03.06.2021
Принята к публикации 04.06.2021

Аннотация

Методами растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии исследован локальный химический состав наиболее характерных участков шероховатого коррозионного слоя на фронтальной стороне Pt–Pd–Rh–Ru-сетки с составом 81, 15, 3.5, 0.5 мас. % соответственно после окисления NH3 воздухом при Т = 1133 К и давлении 3.6 бар. Локальный химический состав был определен на поверхности зерен в области пониженной коррозии, на пористых кристаллических агломератах (“cauliflowers”) в коррозионном слое и на дне пор в поровых пустотах между “cauliflowers”. На зернах, “cauliflowers” и дне пор, характеризующихся различными величинами концентрации дефектов и значениями температуры, были зарегистрированы Pt, Pd, Rh, Ru, C, O и N. Содержание металлов на зернах и дне поровых пустот практически совпадает с составом завода-изготовителя сеток, тогда как на “cauliflowers” было обнаружено повышенное содержание Rh (12.6 ат. %). Впервые были получены надежные количественные характеристики по содержанию атомов Оab и Nab в приповерхностных слоях зерен, “cauliflowers” и дна пор в концентрации равной 18.6, 7.3, 10.4 ат. % для Оab и 17.1, 16.8, 33.6 ат. % для Nab соответственно. Максимальное содержание атомов Оab (18.6 ат. %) было зафиксировано в дефектных областях с пониженной температурой (зерна в области пониженной коррозии), тогда как повышенная концентрация атомов Nab (33.6 ат. %) была обнаружена в областях с пониженной концентрацией дефектов, но повышенной температурой (поровые пустоты). На основании этих данных по содержанию Оab и Nab на участках с различными степенью дефектности и значениями температуры впервые удалось выделить типы дефектов, на которых преимущественно атомы O и N проникают в объем катализатора в ходе окисления NH3. Атомы Oab и Nab накапливаются в приповерхностных слоях Pt–Pd–Rh–Ru-металлического сплава в ходе внедрения атомов О на межзеренных границах и ямках травления, и проникновения атомов N в решетку исследуемого сплава. Обсуждаемая модель внедрения атомов O и N в приповерхностной области катализатора позволит глубже проникнуть в механизм реакции окисления NH3 с образованием оксида NO и связанного с ней коррозионного процесса.

Графический реферат

Ключевые слова: каталитическое окисление аммиака, Pt–Pd–Rh–Ru-сетки, каталитическая коррозия, ямки травления, пористые кристаллические агломераты (“cauliflowers”), растровая электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия

DOI: 10.31857/S0453881121050099

Список литературы

  1. Hatscher S., Fetzer T., Wagner E., Kneuper H. Handbook of Heterogeneous Catalysis. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008. 2676 p.

  2. Lloyd L. Handbook of Industrial Catalysis. N.Y.: Springer, 2011. 490 p.

  3. Караваев М., Засорин А., Клещев Н.Ф. Каталитическое окисление аммиака. М.: Химия, 1983. 232 с.

  4. Handforth S.L., Tilley J.N. // Ind. Eng. Chem. 1934. V. 26. P. 1287.

  5. Ashcroft J. // Johnson Matthey Technol. Rev. 2021. V. 65. P. 44.

  6. Slagtern Fjellvåg A., Waller D., Skjelstad J., Olafsen Sjåstad A. // Johnson Matthey Technol. Rev. 2019. V. 63. P. 236.

  7. Pura J., Waller D., Wieci’nski P., Kwa’sniak P., Zwoli’ns-ka M., Garbacz H., Zdunek J., Laskowski Z., Gierej M. // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 388. P. 670.

  8. Xin L., Yongqiang H., Husheng J. // Rare Metal. Mat. Eng. 2017. V. 46. P. 339.

  9. Trumic B., Ivanovi’c A., Dimitrijevi’c S., Dimitrijevi’c S. // Min. Metall. Eng. Bor. 2015. V. 4. P. 105.

  10. Pura J., Kwaśniak P., Wiecinski P., Garbacz H., Zdunek J., Laskowski Z., Gierej M. // Solid State Phenom. 2015. V. 227. P. 229.

  11. Nilsen O., Kjekshus A., Fjellvag H. // Appl. Catal. A: General. 2001. V. 207. P. 43.

  12. Hannevold L., Nilsen O., Kjekshus A., Fjellvag H. // Appl. Catal. A: General. 2005. V. 284. P. 163.

  13. Hannevold L., Nilsen O., Kjekshus A., Fjellvag H. // Appl. Catal. A: General. 2005. V. 284. P. 185.

  14. Fierro J., Palacios J., Tomas F. // J. Mater. Sci. 1992. V. 27. P. 685.

  15. Rosenstiel A., Bruis W., van Os G. // Z. Anal. Chem. 1989. V. 333. P. 535.

  16. Contour J., Mouvier G., Hoogewys M., Leclere C. // J. Catal. 1977. V. 48. P. 217.

  17. Kozub P., Gryn G., Goncharov I. // Platin. Met. Rev. 2000. V. 44. P. 74.

  18. Саланов А.Н., Супрун Е.А., Серкова А.Н., Сидельникова О.Н., Сутормина Е.Ф., Исупова Л.А., Калинкин А.В., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 1. С. 105.

  19. Саланов А.Н., Супрун Е.А., Серкова А.Н., Кочурова Н.М., Сидельникова О.Н., Сутормина Е.Ф., Исупова Л.А., Калинкин А.В., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 6. С. 756.

  20. Саланов А.Н., Супрун Е.А., Серкова А.Н., Чеснокова Н.М., Сутормина Е.Ф., Исупова Л.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 385.

  21. Goldstein J., Newbury D., Joy D., Lyman C., Echlin P., Lifshin E., Sawyer L., Michael J. Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis. N.Y.: Springer, 2003. 690 p.

  22. Feldman L., Mayer J. Fundamentals of Surface and thin Film Analysis, North-Holland, N.Y., 1986. 352 p.

  23. Selman G.L., Ellison P.J., Darling A.S. // Platin. Met. Rev. 1970. V. 14. P. 14.

  24. Salanov A.N., Kochurova N.M., Serkova A.N., Kalinkin A.V., Isupova L.A., Parmon V.N. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 490. P. 188

  25. Kaichev V., Teschner D., Saraev A., Kosolobov S., Gladky A., Prosvirin I., Rudina N., Ayupov A., Blume R., Hävecke M., Knop-Gericke A., Schlögl R., Latyshev A., Bukhtiyarov V. // J. Catal. 2016. V. 334. P. 23.

  26. Bychkov V., Tulenin Yu., Slinko M., Sokolov S., Korchak V. // Catal. Lett. 2017. V. 147. P. 1019.

  27. Bychkov V., Tulenin Yu., Slinko M., Gorenberg A., Shashkin D., Korchak V. // React. Kinet. Mech. Catal. 2019. V. 128. P. 587.

  28. Flytzani-Stephanopoulos M., Schmidt D. // Prog. Surf. Sci. 1979. V. 9. P. 83.

  29. Gland J.L., Korchak V.N. // J. Catal. 1978. V. 53. P. 9.

  30. Gottstein G. Physical Foundations of Materials Science. Berlin, Heidelberg: Springer–Verlag, 2004. 510 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.