Alkali surface promotion influence on catalytic activity of iron, mangenese and cobalt spinels

Sadza jest wielopostaciowym materiałem węglowym o właściwościach kancero- i mutagennych. Najefektywniejszym sposobem ograniczania emisji sadzy jest katalityczne dopalanie. Obiecującą alternatywą dla aktualnie stosowanych katalizatorów ze względu na niską cenę, nieszkodliwość dla środowiska oraz aktywność katalityczną mogą być spinele metali przejściowych. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu dotacji alkaliami spineli żelaza, manganu oraz kobaltu na aktywność katalityczną oraz właściwości elektrodonorowe powierzchni. W pracy zastosowano dwuetapową strategię badawczą. W pierwszym etapie przeprowadzono wstępne badania dla serii spineli żelaza, manganu oraz kobaltu dotowanych różnymi alkaliami (Li, Na, K, Cs). Badania wykazały podwyższenie aktywnośći katalitycznej spinelu żelazowego pod wpływem dotacji alkaliami oraz przeciwny efekt dla spinelu kobaltowego oraz manganowego. Drugi etap badań polegał na optymalizacji promocji powierzchniowej spinelu żelazowego. Najsilniejszy efekt promocji powierzchniowej potasem zarówno pod względem zmian pracy wyjścia jak i aktywności katalitycznej zaobserwowano dla stężenia masowego około 1%. Porównanie działania różnych alkaliów wykazało podwyższenie aktywności katalitycznej w szeregu Li < Na < K < Cs oraz korelację aktywności z pracą wyjścia.

Soot is an amorphous carbon material with cancero- and mutagenic properties. Catalytic combustion seems to be the most effective way to reduce soot emission. Due to its low price, environmental compatibility and catalytic activity, transition metal spinels may be promising alternatives for existing catalysts. The aim of this study was the examination of the influence of alkali promotion on the catalytic activity and electrodonor properties of iron, manganese and cobalt spinels.A two-step research methodology was conducted. The aim of the first step was to briefly determine the effect of alkali promotion (Li, Na, K, Cs) on the properties of spinels. The research revealed the boosting of the catalytic activity of the iron spinel, and the opposite effect for the manganese and cobalt spinels. In the second step, the optimization of surface promotion of the iron spinel was conducted. The strongest promotion effect in terms of work function and catalytic activity changes was observed for the potassium concentration equal to ~1%, which corresponds to a coverage level of ~½. The promotion effect for different alkali was found to increase in the order: Li < Na < K < Cs, and there was a correlation between catalytic activity and work function.