title: Φασματοσκοπική μελέτη (XPS) καταλυτικών συστημάτων περιβαλλοντικού και ενεργειακού ενδιαφέροντος - μέταλλα μετάπτωσης (Fe, Co, Ni, Cu) υποστηριγμένα σε οξείδιο του δημητρίου (CeO2)
Creators: name: Σπυροπουλου Ελενη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2015

description: Η μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων των στερεών υλικών αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες τομέα αιχμής της Επιστήμης Υλικών. Ο λόγος έγκειται στην προσπάθεια κατανόησης των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα  στις επιφάνειες στερεών υλικών , τα οποία βρίσκουν εφαρμογές σε ερευνητικούς τομείς όπως η κατάλυση, η μικροηλεκτρονική, κ.α.

Ειδικότερα για την περιοχή της ετερογενούς κατάλυσης είναι θεμελιώδους σημασίας η κατανόηση της επιφανειακής χημείας των υλικών, η οποία καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την καταλυτική δραστικότητα. Η σε βάθος κατανόηση της επιφανειακής δομής των καταλυτικών υλικών ,αποτελεί αναγκαία προϋπόθεση προκειμένου να προβούμε στην βελτιστοποίηση ή στην εκ νέου ανάπτυξη προηγμένων καταλυτικών συστημάτων.

Μια σημαντική κατηγορία καταλυτικών υλικών είναι τα μέταλλα μετάπτωσης. Επιπλέον , η χρησιμοποίηση φορέων με εξαιρετικές οξειδοαναγωγικές ιδιότητες, όπως το οξείδιο του δημητρίου (CeO2), αναμένεται να επηρεάσει σημαντικά τις ιδιότητες της ενεργούς φάσης διαμέσου αλληλεπιδράσεων μετάλλου φορέα και ως εκ τούτου την μετέπειτα καταλυτική τους δραστικότητα. Καθίσταται επομένως απαραίτητη η επιφανειακή ανάλυση των υλικών αυτών προκειμένου να διαπιστωθεί η επίδραση τόσο της φύσης του μετάλλου όσο και των αλληλεπιδράσεων μετάλλου-φορέα στην επιφανειακή χημεία των υλικών.

Προς την κατεύθυνση αυτή στην παρούσα ΔΕ εξετάζεται διαμέσου επιφανειακά ευαίσθητων τεχνικών , όπως είναι η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων XPS , η επιφανειακή συμπεριφορά ( χημική σύσταση και οξειδωτική κατάσταση) τεσσάρων μετάλλων μετάπτωσης (Fe,Co,Ni,Cu) υποστηριγμένα σε φορέα CeO2.

Στην εργασία αρχικά περιγράφονται  οι βασικές αρχές και εφαρμογές του φαινομένου της ετερογενούς κατάλυσης .Στην συνέχεια γίνεται μια ανασκόπηση των καταλυτικών συστημάτων που βασίζονται στα μέταλλα μετάπτωσης  και σε οξείδια βασισμένα στο Δημήτριο ,καθώς και του εύρους των εφαρμογών του. Ακολουθεί η περιγραφή των βασικών αρχών και εφαρμογών της φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτινών Χ( X ray Photoelectron Spectroscopy,XPS) .Στο κυρίως μέρος της εργασίας παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα χαρακτηρισμού των προς μελέτη καταλυτών, τα οποία ελήφθησαν στο εργαστήριο. Το τελευταίο μέρος της εργασίας αφορά στην παράθεση καταλυτικών εφαρμογών των υλικών που μελετήθηκαν , προς επίρρωση των συμπερασμάτων που προέκυψαν.

description: In the last decades, the study of surface properties of solid materials consists a peak field of Material Science. The reason lies in the attempt to understand phenomena that take place on solid material surfaces, which find application in research fields such as catalysis, microelectronics, etc.
Especially for the area of heterogeneous catalysis is fundamental to understand the surface chemistry of materials, which largely determines the catalytic activity. The deep understanding of the surface structure of the catalyst’s material, is a necessary condition in order to optimize or redevelop advanced catalytic systems.
An important category of catalytic materials are transition metals. Furthermore, the use of supports with excellent redox properties, such as cerium oxide (CeO2), is expected to significantly affect the properties of the active phase through metal-support interactions and consequently its cat-alytic reactivity. It is thus necessary to analyze the surface of these materials in order to determine the impact of both the nature of the metal and the metal-support interactions in the surface chemistry of materials.
Keeping that in mind, in this thesis are reviewed through surface sensitive techniques such as photoelectron spectroscopy XPS, the surface behavior (chemical composition and oxidation state) of four transition metals (Fe, Co, Ni, Cu) supported on CeO2. This thesis first describes the basic principles and applications of the phenomenon of heterogeneous catalysis. Then, follows a review of catalytic systems based on transition metals and CeO2 and their applications in heterogeneous catalysis. The principles and applications of X-ray photoelectron spectroscopy (X ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) are next provided. In the main part of this thesis, the results of the catalytic characterization studies (XPS) of transition metals/CeO2 catalysts are interpreted. XPS studies were carried out in the laboratory of Surface Characterization at Institute of Chemical Engineering Sciences, Patras, Greece. The last part of the thesis concerns the presentation of catalytic applications of materials studied to support the conclusions drawn.