Mechanism of NOx storage in ceria containing storage reduction catalyst materials
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde der Mechanismus der NOx-Einspeicherung in Cerdioxid-haltigen NOx-Speichermaterialien untersucht. NOx-Speichermaterialien sind im Zusammenhang mit der Abgasnachbehandlung von Dieselfahrzeugen von großem Interesse und werden u.a. in Kombination mit SCR-Katalysatoren eingesetzt. Um die komplexen Vorgänge bei der Wechselwirkung von Cerdioxid mit NOx zu verstehen, wurden zunächst die defekt(strukturellen) Eigenschaften polykristallinen Cerdioxids mittels einer Kombination spektroskopischer Methoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich verschieden synthetisierte Cerdioxid-Materialien in der Art und Anzahl der Defekte unterscheiden. Das ist insofern von großer Relevanz, da die Cerdioxid- Reaktivität entscheidend durch Defekte beeinflusst wird. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnte zudem eine neue Zuordnung für eine Ce-O-Oberflächen-Schwingung getroffen werden, welche an der Wechselwirkung zwischen CeO2 und NOx direkt beteiligt ist. Um die NOx- Einspeicherung in Cerdioxid-haltigen NOx-Speichermaterialien spektroskopisch unter Reaktionsbedingungen verfolgen zu können, wurde eine neue experimentelle Methodik etabliert, welche eine simultane Aufnahme von in situ-Raman- und Gasphasen-IR-Spektren ermöglicht. Im Rahmen des Projektes wurde zudem eine neue wellenlängenabhängige Absorptionskorrektur für Oxid-Materialien entwickelt, welche erstmals eine quantitative Analyse der Raman-spektroskopischen Daten von Cerdioxid-Materialien unter Reaktionsbedingungen ermöglicht. Auf Grundlage der zuvor gewonnenen neuen Erkenntnisse konnte der Mechanismus der NOx-Einspeicherung in Cerdioxid- Materialien detailliert betrachtet werden. Insbesondere konnten mittels des entwickelten methodischen Ansatzes der simultanen in situ-Raman-/Gasphasen-IR-Spektroskopie erstmals die komplexen Zusammenhänge zwischen den NOx-Durchbruchkurven und den zeitlichen Profilen der gebildeten Nitrat/Nitrit-Spezies bzw. des verbrauchten Oberflächen-Sauerstoffs und der Oberflächen- und Volumen-Defektdynamik des Festkörpers untersucht bzw. aufgeklärt werden. Weitergehende Untersuchungen zur NOx-Speicherkapazität verschiedener CeO2-Materialien (CeO2, Ba/CeO2, Pt/CeO2, Pd/CeO2) ergaben, dass neben der Natur des NOx-Gases v.a. die Art der Vorbehandlung eine wesentliche Rolle spielt und letztere weitgehend unabhängig von der Art des eingesetzten CeO2-Materials ist. Auf Basis der im Rahmen des Projektes erhaltenen Ergebnisse wird die NOx-Einspeicherung in CeO2-Materialien bei niedrigen Temperaturen (≤200°C) daher primär durch die intrinsischen Eigenschaften des CeO2-Basismaterials und dessen Wechselwirkung mit zwischen NOx und weniger durch den Einfluss von Additiven (Ba, Pt, Pd) bestimmt.
Publications
- (2017) Interpretation of Raman Spectra of Oxide Materials: The Relevance of Absorption Effects. J. Phys. Chem. C (The Journal of Physical Chemistry C) 121 (35) 19280–19287
Filtschew, Anastasia; Hess, Christian
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b06105) - “Investigation of ceria by combined Raman, UV-vis and X-ray photoelectron spectroscopy” Catal. Comm. 2012, 22, 39
Nottbohm, C.T.; Hess, C.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.catcom.2012.02.009) - “In situ Raman spectroscopy of catalysts: Examples from current research” Top. Catal. 2013, 56, 1593
Hess, C.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11244-013-0138-7) - “Mechanism of NO2 storage in ceria studied by combined in situ Raman/FT-IR spectroscopy” Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 9066
Filtschew, A.; Stranz, D.; Hess, C.
(See online at https://doi.org/10.1039/c3cp51441b) - “Ceria and Its Defect Structure: New Insights from a Combined Spectroscopic Approach” J. Phys. Chem. C 2016, 12, 6694
Filtschew, A.; Hofmann, K.; Hess, C.
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b00959) - “Untersuchung der Einspeicherung von Stickstoffoxiden in Cerdioxid mittels simultaner Raman- und Gasphasen-FTIR-Spektroskopie“, Dissertation, TU Darmstadt, 2017
Stranz, D.
