W procesach katalizy heterogenicznej największy wpływ na wydajność reakcji katalitycznej ma struktura powierzchni katalizatora. W celu opracowywania nowych katalizatorów, a także optymalizacji wydajności już stosowanych katalizatorów przemysłowych, niezbędne jest prowadzenie modelowych badań podstawowych pozwalających na analizę kinetyki reakcji katalitycznych w odniesieniu do zmian strukturalnych katalizatora. Badania takie prowadzi się w warunkach ultra-wysokiej próżni (UHV) na wyidealizowanych układach – tzw. katalizatorach modelowych.
 
Celem projektu jest wytworzenie modelowych katalizatorów składających się z ultracienkich (0.25-1 nm) warstw i wysp tlenku żelaza FeO(111) na podłożu Ru(0001) oraz zbadanie właściwości katalitycznych powstałego układu w modelowej reakcji utleniania tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2). Odkryta w 2008 roku wysoka reaktywność katalityczna ultracienkich warstw tlenku żelaza FeO(111) na Pt(111) [Sun et al., J. Catal. 266 (2008) 359] zapoczątkowała nową falę badań dotyczącą aktywności katalitycznej ultracienkich warstw tlenków na podłożach metalicznych. Aktywność FeO(111)/Pt(111) w znacznym stopniu przypisywana jest oddziaływaniu warstwy tlenku z metalicznym podłożem. Dodatkowo, późniejsze doniesienia wskazują na aktywność katalityczną krawędzi wysp tlenku FeO w temperaturze pokojowej [Fu et al., Science 328 (2010) 1141]. Użycie w projekcie podłoża Ru(0001) posiadającego inne niż Pt(111) właściwości fizykochemiczne, takie jak stała sieci krystalicznej czy praca wyjścia, może znacząco wpłynąć na właściwości katalityczne tlenku FeO.

 

Badane układy będą wytwarzane poprzez naparowywanie żelaza na powierzchnię monokryształu Ru(0001) oraz utleniane w podwyższonych temperaturach w tlenie molekularnym. Struktura wytworzonych warstw tlenku będzie badana przy użyciu skaningowej mikroskopii tunelowej (STM), dyfrakcji elektronów niskiej energii (LEED) i spektroskopii fotoelektronów (XPS). Wytworzone warstwy będą poddawane reakcji katalitycznej utleniania tlenku węgla do dwutlenku węgla w specjalnej komorze reakcyjnej dołączonej do aparatury UHV. Przebiegi reakcji będą badane in situ przy użyciu chromatografii gazowej (GC). W celu zbadani ex situ zmian strukturalnych zachodzących w czasie reakcji katalizy heterogenicznej, ponownie użyte zostaną metody STM, LEED oraz XPS. Kinetyka elementarnych procesów adsorpcji/desorpcji CO, O₂ i CO₂ będzie badana przy użyciu metody TPD.