Studier av katalytisk förbränning med laserljus
Katalytiska reaktioner förekommer i en mängd viktiga processer såsom förbränning, vid produktion av kemikalier och i oljeraffinaderier. En annan viktig tillämpning är katalysatorer som renar bilavgaser från miljöfarliga föroreningar. För att i framtiden kunna skapa effektivare katalysatorer krävs en ökad grundläggande förståelse. Åsa Johansson har i detalj studerat oxidation av vätgas på palladium och platina. Dessa två metaller används idag som katalysatorer för avgasrening.
En katalysator har förmågan att påskynda en reaktion utan att själv förbrukas. I många av de ovan nämnda exemplen är ämnena som reagerar i gasform och själva katalysatorn är en ädelmetall. För att förbättra effektiviteten hos de katalytiska reaktionerna är det därför viktigt med en god förståelse för växelverkan mellan gas och metallyta.
Åsa Johansson har använt laserljus för att studera oxidation av vätgas på palladium- och platinakatalysatorer. Reaktionen är en viktig delmekanism vid förbränning av kolväten och återfinns också i bränsleceller. När vatten (H 2 O) bildas på en katalytisk yta sker reaktionen i flera steg där OH-molekylen spelar en central roll. Genom att studera dessa OH-molekyler kan man bättre förstå vad som händer på och utanför ytan. I sitt arbete har Åsa Johansson använt laserinducerad fluorescens (LIF) för att undersöka OH utanför en palladiumkatalysator. I LIF-mätningar får molekylerna extra energi av laserljuset. Men OH-molekylerna gör sig snabbt av med den extra energin, genom att lysa med så kallad fluorescens. Med en känslig digitalkamera som detektor kan man ”fotografera” molekylernas fluorescens och få en uppfattning om hur de är fördelade utanför ytan.
För att få en mer ingående förståelse för hur vatten bildas på en palladiumyta har olika modeller också konstruerats utifrån de experimentella resultaten. Hon drog slutsatsen att det kostar olika mycket energi för OH-molekylen att lämna ytan beroende på hur stor täckningen är, det vill säga hur många atomer eller molekyler som sitter där. När täckningen på ytan är hög kostar det mindre energi för en OH-molekyl att lämna den. Dessutom visade det sig att OH+H ® H 2 O är den huvudsakliga reaktionen för vattenbildning på palladium vid höga temperaturer.
LIF är en väldigt känslig metod för att se var det är mycket eller lite OH-molekyler, men det är svårt att mäta exakta koncentrationer. För detta ändamål finns en annan metod, så kallad. ”cavity ringdown spektroskopi” (CRDS). CRDS passar utmärkt för att mäta mycket låga koncentrationer, som mängden av OH utanför en katalysator. Det är också en relativt ny och mycket kraftfull metod med stora potentialer. Principen för CRDS är enkel och går ut på att man låter en laserpuls studsa mellan två speglar. Eftersom speglarna inte är helt perfekta kommer laserljusets intensitet att minska varje gång pulsen studsar mot speglarna. Genom att mäta tiden det tar för laserljusets intensitet att klinga av kan man räkna ut koncentrationen av molekyler mellan speglarna. Åsa Johanssons doktorsarbete är den första studien där CRDS har används för att detektera OH utanför en platinakatalysator.
Åsa Johansson, Institutionen för kemi, avser att disputera för att avlägga filosofie doktorsexamen i kemi med inriktning mot fysikalisk kemi vid Göteborgs universitet. Avhandlingen har titeln: ”Laser diagnostics and kinetic modelling of reaction intermediates in catalytic”.
Disputationen har ägt rum.
För mer information, kontakta:
Åsa Johansson
Fysik och teknisk fysik, Experimentell fysik
Göteborgs universitet
Tel: 031- 772 32 96
E-post: asa@fy.chalmers.se
Kontaktinformation
Camilla Carlsson
Informatör
Göteborgs universitet
Fakultetskansliet för naturvetenskap
Box 460, 405 30 Göteborg
Telefon: 031-773 4857
E-post: camilla.carlsson@science.gu.se
