Ανάπτυξη καισίου (Cs) σε μια πρότυπη επιφάνεια Ni(111) : ηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις και η επίδρασή τους στην ρόφηση CO στην επιφάνεια
Loading...
Date
2025-07-07
Authors
Μάστακας, Βασίλειος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στη σύγχρονη βιομηχανία, ποσοστό άνω του 55% των παραγόμενων προϊόντων βασίζεται σε ετε-ρογενείς καταλυτικές διεργασίες. Oι καταλύτες αποτελούν υλικά που επιταχύνουν τις χημικές αντι-δράσεις χωρίς να επηρεάζουν την θερμοδυναμική ισορροπία, ενώ παράλληλα συμβάλλουν στην α-ντιμετώπιση της περιβαλλοντικής και ενεργειακής κρίσης, περιορίζοντας την παραγωγή ανεπιθύμη-των παραπροϊόντων και μειώνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις. Η πρόοδος της Επιστήμης Επιφα-νειών, και ειδικότερα η μελέτη πρότυπων καταλυτικών επιφανειών, έχει ενισχύσει σημαντικά τηνκατανόηση των μηχανισμών της ετερογενούς κατάλυσης.Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της τροποποίησης της πρότυ-πης καταλυτικής επιφάνειας νικελίου(111), μέσω εναπόθεσης καισίου (Cs) με σκοπό να μελετηθείη επιφάνειά του αφού έχει εναποτεθεί ποσότητα καισίου πάνω του. Η τροποποίηση της επιφάνειαςμε αλκαλιμέταλλα παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον από καταλυτικής άποψης, καθώς τα στοιχείααυτά συχνά λειτουργούν ως προωθητές, επηρεάζοντας τις ηλεκτρονιακές ιδιότητες του καταλύτηκαι τροποποιώντας τη χημική του συμπεριφορά κατά την καταλυτική διεργασία. Η τροποποίηση τηςεπιφάνειας εξετάστηκε μέσω φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ (XPS), μια τεχνικήμε υψηλή επιφανειακή ευαισθησία, η οποία μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την χημική σύ-σταση της επιφάνειας σε βάθος μέχρι και 10𝑛𝑚.Αρχικά, αφού πρώτα σχεδιάστηκε και κατασκευάσθηκε η κατάλληλη πηγή εναπόθεσης καισίουμελετήθηκε ο τρόπος ανάπτυξης του καισίου στην επιφάνεια του νικελίου ο οποίος αποδείχθηκε ότι ακολουθεί το πρότυπο μηχανισμό ανάπτυξης Frank van der Merwe (πολυστρωματική ανάπτυξη -layer by layer) ενώ το πάχος του μονοστρώματος προσδιορίστηκε περίπου ίσο με τη διάμετρο τουατόμου του Cs. Με την ποσοτική ανάλυση των φασμάτων XPS προσδιορίστηκε ό απαιτούμενος χρό-νος εναπόθεσης καθώς και οι συνθήκες λειτουργίας της πηγής σε όρους τάσης και ρεύματος, για τον σχηματισμό ονοστρώματος. Ακολούθησε συστηματική μελέτη της επίδρασης της κάλυψης καισίου στις ηλεκτρονιακές ιδιό-τητες της επιφάνειας μέσω της μετατόπισης της κορυφής Cs 3𝑑5⁄2 από ιοντική σε μεταλλική κατά-σταση, καθώς και διερεύνηση της αλληλεπίδρασης της τροποποιημένης επιφάνειας με το οξυγόνo.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η παρουσία καισίου στην επιφάνεια του νικελίου μειώνει την ρόφησητου οξυγόνου πιθανόν λόγω δέσμευσης ενεργών θέσεων από τα άτομα Cs.Ακολούθησαν πειράματα θερμικής ανόπτησης (annealing), ώστε να υπολογιστεί ο βαθμός εκρό-φησης του καισίου από την επιφάνεια νικελίου. Η ανάλυση των φασμάτων έδειξε εκρόφηση πρώτουβαθμού, δηλαδή η ταχύτητα εκρόφησης εξαρτάται γραμμικά από την ποσότητα προσροφημένου Cs.Αυτό είναι σύμφωνο με μηχανισμό κατά τον οποίο τα άτομα Cs απομακρύνονται μεμονωμένα απότην επιφάνεια, χωρίς να απαιτούνται αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πει-ράματα TPD (θερμοπρογραμματιζόμενη εκρόφηση) ώστε να μελετηθεί η ρόφηση μονοξειδίου τουάνθρακα (CO) στην καθαρή και καισιωμένη επιφάνεια νικελίου. Διαπιστώθηκε ότι η εκρόφηση τουCO από καθαρό Ni(111) είναι πρώτου βαθμού, με σημείο κορεσμού τα 10 L. Αντίθετα, στην καισιω-μένη επιφάνεια παρατηρήθηκε διαχωρισμός της κύριας κορυφής εκρόφησης σε δύο επιμέρους, μεταυτόχρονη μετατόπιση σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ένδειξη ισχυρότερης δέσμευσης του μονο-ξειδίου.Η παρούσα εργασία συμβάλλει στην κατανόηση της επίδρασης των αλκαλιμετάλλων στη χημείαεπιφανειών μεταλλικών καταλυτών, με έμφαση σε φαινόμενα ρόφησης και εκρόφησης, τα οποίασχετίζονται άμεσα με την καταλυτική συμπεριφορά σε σημαντικές διεργασίες, όπως η υδρογόνωση.
Description
Keywords
Ανάπτυξη καισίου, Πρότυπη επιφάνεια