Στην παρούσα εργασία μελετάται η καταλυτική οξείδωση του CO υπό συνθήκες περίσσειας O2 σε νανοσωματίδια Ir διεσπαρμένα σε μεικτά οξείδια υψηλής τιμής ευμετάβλητου πλεγματικού οξυγόνου και επιφανειακών ατελειών θέσεων οξυγόνου (surface oxygen vacancies). Για τον σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν καταλύτες χμηλής φόρτησης Ir (1 wt% Ir) υποστιριγμενόυ σε φορείς Al2O3-CexZr1-xO2 (ACZ, x=0, 0.25, 0.5 and 0.75). Οι φορείς ACZ παρασκευάστηκαν με δύο διαφορετικές μεθόδους: (α) της συγκαταβύθισης (co-precipitation) και (β) της υδροθερμικής (hydrothermal), ενώ η διασπορά του Ir σε αυτούς πραγματοποιήθηκε και στις δυο περιπτώσεις με τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού. Αρχικά, διερευνήθηκε η επίδραση τόσο της σύστασης όσο και της μεθόδου σύνθεσης των φορέων στην καταλυτική δραστικότητα και στη θερμική σταθερότητα των υλικών. Επιπλέον, δεδομένου ότι η καταλυτική οξείδωση του CO είναι μία αντίδραση που χαρακτηρίζεται από φαινόμενα υστέρησης, δηλ. από πολλαπλότητα μονίμων καταστάσεων (multiple steady-state) του ρυθμού έναντι της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ενός κύκλου έναυσης (light-off/light-out), δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην κατανόηση της προέλευσης αυτών των φαινομένων και της συσχέτισής τους με τη φύση των φορέων με αναφορά την ικανότητά τους σε αποθήκευση οξυγόνου (oxygen storage capacity) και τις από αυτό υποκινούμενες αλληλεπιδράσεις μετάλλου-φορέα. Για την ενδελεχή μελέτη των παραπάνω, εφαρμόστηκαν αρκετά πρωτόκολλα κινητικών πειραμάτων: (i) κυκλικά πειράματα έναυσης στο θερμοκρασιακό εύρος 50-400oC και σταθερές συνθήκες τροφοδοσίας του αντιδραστήρα (δηλ. 1 % CO, 5 % O2 v/v σε He, wGHSV=320.000 mL/gcath), (ii) κινητικά πείραματα σε προ-ανηγμένους και προ-οξειδωμένους καταλύτες (iii) κινητικά πειράματα σε σταδιακά θερμικά γηρασμένους σε οξειδοτικό περιβάλλον καταλύτες, ακολουθώντας συγκεκριμένο πρωτόκολλο γήρανσης (συγκεκριμένα, δύο διαδοχικά στάδια γήρανσης στους 600οC για 2h έκαστο, ακολουθούμενα από άλλα δύο στάδια γήρανσης στους 700οC για 2h έκαστο). Επιπλέον, οι φυσικοχημικές και δομικές ιδιότητες των φορέων και των ομόλογων καταλυτών αξιολογήθηκαν με διάφορες τεχνικές, όπως περίθλαση ακτινών Χ (XRD), ρόφηση-εκρόφηση N2 κατά BET-BJH, θερμο-προγραμματιζόμενη αναγωγή με H2 (H2-TPR) και ισοθερμοκρασιακή χημειορόφηση H2 (H2-Chem.), με σκοπό την πληρέστερη κατανόηση της συσχέτισης της δομής των παραπάνω υλικών με την δραστικότητα και τη θερμική σταθερότητά τους καθώς και των φαινομένων υστέρησης που εμπλέκονται.
Please read the full abstract below.