Operando Research in Heterogeneous Catalysis

این کتاب به حوزه نوظهور تکنیک‌هایی برای تجسم خواص مقیاس اتمی کاتالیزورهای فعال در شرایط کاری واقعی، یعنی فشار گاز بالا و دمای بالا اختصاص دارد. این توضیح می دهد که چگونه می توان این مشاهدات را از نظر ساختارهای سطحی و دینامیک و تعامل دقیق آنها با فاز گاز درک کرد. این یک پیوند جدید مهم بین فیزیک سطح بنیادی و شیمی، و کاتالیزور کاربردی فراهم می کند. این کتاب انگیزه و ضرورت مطالعات operando را توضیح می‌دهد و آنها را با توجه به تحقیقات سنتی‌تر کم فشار از یک سو و واقعیت کاتالیزور صنعتی از سوی دیگر، قرار می‌دهد.

دهه گذشته شاهد توسعه سریع ابزارهای تجربی و نظری جدید برای مطالعات operando کاتالیز ناهمگن بوده است. این کتاب تاکید زیادی بر تکنیک‌های جدید دارد و نشان می‌دهد که چگونه چالش‌های ایجاد شده توسط شرایط سخت operando برای هر یک از این ابزارهای جدید با آن مواجه می‌شوند. بنابراین، می‌توان این کتاب را به‌عنوان مجموعه‌ای از دستور العمل‌ها برای توسعه سازهای operando نیز مطالعه کرد. در حال حاضر، تعداد نتایج علمی به‌دست‌آمده در شرایط operando هنوز محدود است و بیشتر بر روی یک واکنش آزمایشی ساده، یعنی اکسیداسیون کاتالیزوری CO متمرکز شده است. بنابراین این واکنش یک عنصر اتصال طبیعی بین فصل‌ها را تشکیل می‌دهد و به یکدیگر متصل می‌شود. نمایش تکنیک های جدید و همچنین ارتباط بین مطالعات نظری و تجربی. برخی از اولین نتایج در مورد واکنش های دیگر نیز ارائه شده است. اگر در این مرحله اولیه بتوان یک چیز را نتیجه گرفت، این است که شرایط کاتالیزوری خود می تواند تأثیرات شگرفی بر ساختار و ترکیب سطوح کاتالیزورها داشته باشد، که به نوبه خود می تواند مکانیسم، فعالیت، و گزینش پذیری واکنش های شیمیایی که آنها کاتالیز می کنند.

This book is devoted to the emerging field of techniques for visualizing atomic-scale properties of active catalysts under actual working conditions, i.e. high gas pressures and high temperatures. It explains how to understand these observations in terms of the surface structures and dynamics and their detailed interplay with the gas phase. This provides an important new link between fundamental surface physics and chemistry, and applied catalysis. The book explains the motivation and the necessity of operando studies, and positions these with respect to the more traditional low-pressure investigations on the one hand and the reality of industrial catalysis on the other.

The last decade has witnessed a rapid development of new experimental and theoretical tools for operando studies of heterogeneous catalysis. The book has a strong emphasis on the new techniques and illustrates how the challenges introduced by the harsh, operando conditions are faced for each of these new tools. Therefore, one can also read this book as a collection of recipes for the development of operando instruments. At present, the number of scientific results obtained under operando conditions is still limited and mostly focused on a simple test reaction, the catalytic oxidation of CO. This reaction thus forms a natural binding element between the chapters, linking the demonstrations of new techniques, and also connecting the theoretical and experimental studies. Some first results on other reactions are also presented. If there is one thing that can be concluded already in this early stage, it is that the catalytic conditions themselves can have dramatic effects on the structure and composition of the surfaces of catalysts, which, in turn can greatly affect the mechanisms, the activity, and the selectivity of the chemical reactions that they catalyze.