Spectroscopic study of CO and NO adsorption and reaction on Rh/Al2O3 and Pd/Al2O3 three-way catalysts

A spectroscopic study of two monometallic catalysts Rh/Al2O3 and Pd/Al2O3 is performed with the use of DRIFTS (diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy) to analyze the reaction between NO and CO in a three-way catalyst system. Aged and fresh catalysts are analyzed and compared in both preoxidized and prereduced conditions. The adsorption of the reactant species CO and NO was carried out both separately and simultaneously, and the adsorbed species are identified and analyzed in detail. Bridged CO and NO species, as well as linear species M0–CO, M+–CO, M2+–CO, M–NO–, M–NO, M–NO+, M2+–NO are detected for Pd/Al2O3 and/or Rh/Al2O3 catalysts in different conditions. The geminal species M(CO)2 and M(NO)2 are present on Rh but not on Pd. Temperature programmed desorption experiments (TPD) were also performed to study the desorption and modification of the species adsorbed with temperature and the thermal stability of NO and CO adsorbed is compared. Regarding the reaction between NO and CO, three different experiments were performed to analyze the mutual displacement of the species on the catalyst and their interaction to form intermediates of reaction: reaction of CO with preadsorbed NO, reaction of NO with preadsorbed CO and coadsorption and reaction of NO+CO. During both NO+CO reaction and CO reaction with preadsorbed NO, very high isocyanate formation is detected, while during NO reaction with preadsorbed CO there is no substantial isocyanate formation but just N2O formation. N2O formation during NO adsorption occurs both when the catalyst has been preadsorbed with CO and when there are no species preadsorbed. The mutual displacement and mutual influence that gaseous CO has on NO adsorbed species and vice versa is analyzed: gaseous NO causes the displacement of CO adsorbed species for both Pd and Rh catalysts while gaseous CO causes NO adsorbed species displacement just in Rh catalysts. Comparing the time needed for displacement of CO and NO species it can be concluded that CO species are less stable than NO species on both Rh and Pd catalysts; moreover a comparison of the stability of CO and NO species on the two different noble metals is provided.

Due catalizzatori monometallici Rh/Al2O3 e Pd/Al2O3 sono analizzati mediante l’uso della spettroscopia DRIFT (diffuse reflectance infrared fourier transform) per studiare la reazione tra NO e CO in un catalizzatore a tre vie. Catalizzatori invecchiati e freschi sono analizzati e paragonati in condizioni preridotte e prossidate. L’assorbimento delle specie reagenti CO e NO è stato svolto sia separatamente sia con entrambe le specie contemporaneamente e le specie assorbite sono state identificate e analizzate in dettaglio Le specie CO e NO in forma bridge, così come le specie lineari M0–CO, M+–CO, M2+–CO, M–NO–, M–NO, M–NO+, M2+–NO, sono identificate per catalizzatori Rh/Al2O3 e/o Pd/Al2O3 in diverse condizioni. Le specie geminali M(CO)2 and M(NO)2 sono presenti quando il metallo nobile è il Rh ma non nel caso del Pd. Esperimenti di TPD (temperature programmed desorption) sono stati svolti per studiare come le specie desorbono e si modificano con la temperature, e la stabilità termica delle specie CO e NO adsorbite è paragonata. Per quanto riguarda la reazione tra NO e CO, tre diversi esperimenti sono stati effettuati per analizzare il mutuo scostamento delle specie sul catalizzatore e le loro interazioni a formare intermedi di reazione: reazione di CO con NO preadsorbito, reazione di NO con CO preadsorbito, coadsorbimento e reazione di NO+CO. Durante la reazione di NO+CO e la reazione di CO con NO preadsorbito, è rilevata una grande formazione di isocianati, mentre durante la reazione di NO con CO preadsorbito non c’è sostanziale formazione di isocianati ma solo formazione di N2O. Formazione di N2O durante l’assorbimento di NO avviene sia quando il catalizzatore è stato preadsorbito con CO, sia quando non vi sono specie preadsorbite. Il mutuo scostamento e la mutua influenza che CO gassoso ha sulle specie NO adsorbite e viceversa è analizzato: NO gassoso rimpiazza CO adsorbito per entrambi i catalizzatori Rh e Pd mentre CO gassoso rimpiazza NO assorbito solo nel caso del Rh. Paragonando il tempo necessario affinché le specie CO e NO si rimpiazzino a vicenda, si può concludere che CO adsorbito è meno stabile di NO adsorbito su entrambi i catalizzatori; inoltre la stabilità delle specie CO o NO sui due diversi metalli nobili è paragonata.