| Autor(en): |
Tanya Kumanova Todorova |
Titel: |
Periodic density functional study on supported vanadium oxides |
| Gutachter: |
Joachim Sauer; Hans-Joachim Freund; Karsten Reuter |
| Erscheinungsdatum: |
26.10.2007 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10081233)
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| Fachgebiet(e): |
Chemie |
| Schlagwörter (ger): |
Dichtefunktionaltheorie, getraegerte Vanadiumoxide, Aluminiumoxid, duenner Siliziumoxid-Film |
| Schlagwörter (eng): |
density functional theory, supported vanadium oxides, alumina, thin silica film |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Todorova, Tanya Kumanova:
Periodic density functional study on supported vanadium oxides;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 26.10.2007, urn:nbn:de:kobv:11-10081233
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| Abstract (ger): |
| Geträgerte Vanadiumoxidkatalysatoren sind wegen ihrer Vielseitigkeit bei
Oxidationsreaktionen von großem Interesse. Der Schlüssel zum Verständnis
der zugrunde liegenden Mechanismen ist ein weitreichendes Verständnis in die
mikroskopische Struktur der Vanadiumoxide unter verschiedenen Bedingungen
sowie die Art der Bindung an die Oberfläche des Trägers. In der vorliegenden
Arbeit werden die Systeme Vanadiumoxid/Aluminiumoxid und
Vanadiumoxid/Siliziumoxid mittels Dichtefunktionaltheorie in Kombination mit
statistischer Thermodynamik untersucht. Als Modelle für Aluminiumoxid werden
die stabile alpha-Al2O3 bzw. die metastabile kappa-Al2O3 Phase verwendet und
ein ultradünner, epitaxialer SiO2 Film auf Mo(112) wird als
Siliziumoxidsupport verwendet. Dessen einzigartige atomare Struktur, genauso
wie diejenige eindimensionaler Silizumoxid-Streifen, die mit dem Film auf der
Oberfläche koexistieren, wird durch kombinierte experimentelle und
theoretische Untersuchungen aufgeklärt. Die Bildung einer neuen,
"sauerstoffreichen" Phase des SiO2/Mo(112) Films wird vorhergesagt und deren
Existenz anschließend experimentell gezeigt. Die Zielsetzung der Arbeit ist
es zu Verstehen, wie Vanadiumoxidaggregate mit der Oberfläche verknüpft sind und
den Einfluß des oxidischen Trägers auf die geometrische und elektronische
Struktur der geträgerten Spezies zu untersuchen. Der Schwerpunkt liegt auf der
Suche nach einer Korrelation von Struktureigenschaften mit der katalytischen
Aktivität von Reaktionen die nach dem Mars-van Krevelen Mechanismus ablaufen.
Hierzu wird die Energie für die Bildung eines Sauerstoffdefekts als Indikator
für die Leistungsfähigkeit des Katalysators verwendet. Der Einfluß der
Trägerstruktur auf die Schwingungsmoden des Interfacebereichs wird untersucht,
um den Ursprung von charakteristischen Banden im experimentellen Spektrum von
Vanadiumoxid/Siliziumoxid und Vanadiumoxid/Aluminiumoxid zu ergründen.
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| Abstract (eng): |
| Supported vanadium oxide catalysts are of high interest because of their potential in a wide variety of oxidation reactions. A key step to fully understand the catalytic mechanism is a profound knowledge of the microscopic structure of the active vanadia species under various conditions and the way they are anchored to the support material. In the present work, density functional theory in combination with statistical thermodynamics is employed to investigate two vanadia-based systems, i.e., vanadia/alumina and vanadia/silica. The alumina support is modeled using the stable alpha-Al2O3 and the metastable kappa-Al2O3 phases, whereas ultrathin SiO2 film epitaxially grown on Mo(112) is employed as a silica support. The unique atomic structure of the latter as well as that of the one-dimensional silica stripes, found to coexist with the film in a perfect registry, are precisely determined based on combined theoretical and experimental studies. Moreover, the formation of a new, "O-rich" phase of the SiO2/Mo(112) film is predicted, whose existence is subsequently experimentally confirmed. The aim of the thesis is to provide an understanding on how vanadia aggregates anchor to the surface and to examine the role of the oxide support on the molecular and electronic structure of the stable VOx species. The efforts have focused on finding correlations between structural properties and catalytic activity in reactions proceeding via the Mars-van Krevelen mechanism. In accord therewith, the formation energy of a lattice oxygen defect is used as an indicator of catalytic performance. The influence of the support structure on the interface vibrational modes is analyzed in an attempt to shed light on the origin of the characteristic bands observed in the experimental spectra of vanadia/alumina and vanadia/silica model catalysts.
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