Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами
Mechanisms of adsorption-catalytic activation of composites fabricated on the basis of porous silicon with incorporated nanoparticles of transition metals (Pd, W, Cu) and their oxides have been analyzed theoretically. The influence of adsorbed atoms of acceptor elements (O, S, F, Cl) on the catalyti...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Publishing house "Academperiodika"
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2018658 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Institution
Ukrainian Journal of Physics| _version_ | 1863131235920904192 |
|---|---|
| author | Litovchenko, V. G. Gorbanyuk, T. I. Solntsev, V. S. |
| author_facet | Litovchenko, V. G. Gorbanyuk, T. I. Solntsev, V. S. |
| author_sort | Litovchenko, V. G. |
| baseUrl_str | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2019-05-01T08:00:52Z |
| description | Mechanisms of adsorption-catalytic activation of composites fabricated on the basis of porous silicon with incorporated nanoparticles of transition metals (Pd, W, Cu) and their oxides have been analyzed theoretically. The influence of adsorbed atoms of acceptor elements (O, S, F, Cl) on the catalytic activity of transition metals during the formation of surface nanoclusters of transition metal oxides is revealed. The enhancement of the catalytic activity of transition metals with the completely filled d-band may consist in a change of the filling of d-states with electrons (the appearance of holes above the Fermi level) at the formation of surface nanoclusters of transition metal oxides. The results of experimental researches of the adsorption-electric effect in gas-sensitive structures with Schottky barriers obtained within the method of high-frequency volt-farad characteristics are presented. The experimental adsorption isotherms of hydrogen and hydrogen sulfide on the surface of nanostructured silicon composites with copper, tungsten, palladium, and their oxides in the pores are analyzed. An increased adsorption sensitivity of those composites to various gases (H2, H2S, H2O) in comparison with an ordinary porous silicon layer is found. It is established that the mechanism of physical adsorption is realized at low gas pressures (≤ 25 ppm) and/or short times of the adsorbate-substrate interaction, and the chemisorption mechanism at higher pressures and in the course of long-term processes. This conclusion agrees with the theoretical data calculated for the adsorption heat from experimental isotherms (0.3–0.5 eV). |
| doi_str_mv | 10.15407/ujpe62.07.0605 |
| first_indexed | 2025-10-02T01:15:20Z |
| format | Article |
| id | ujp2-article-2018658 |
| institution | Ukrainian Journal of Physics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English Ukrainian |
| last_indexed | 2025-10-02T01:15:20Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Publishing house "Academperiodika" |
| record_format | ojs |
| spelling | ujp2-article-20186582019-05-01T08:00:52Z Mechanism of Adsorption-Catalytic Activity at the Nanostructured Surface of Silicon Doped with Clusters of Transition Metals and Their Oxides Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами Litovchenko, V. G. Gorbanyuk, T. I. Solntsev, V. S. наноструктурований кремнiй наночастинки перехiднi метали та їх окислiв адсорбцiйна чутливiсть сiрководень газовий сенсор nanostructured silicon nanoparticles transition metals and their oxides adsorption sensitivity hydrogen sulfide gas sensor - Mechanisms of adsorption-catalytic activation of composites fabricated on the basis of porous silicon with incorporated nanoparticles of transition metals (Pd, W, Cu) and their oxides have been analyzed theoretically. The influence of adsorbed atoms of acceptor elements (O, S, F, Cl) on the catalytic activity of transition metals during the formation of surface nanoclusters of transition metal oxides is revealed. The enhancement of the catalytic activity of transition metals with the completely filled d-band may consist in a change of the filling of d-states with electrons (the appearance of holes above the Fermi level) at the formation of surface nanoclusters of transition metal oxides. The results of experimental researches of the adsorption-electric effect in gas-sensitive structures with Schottky barriers obtained within the method of high-frequency volt-farad characteristics are presented. The experimental adsorption isotherms of hydrogen and hydrogen sulfide on the surface of nanostructured silicon composites with copper, tungsten, palladium, and their oxides in the pores are analyzed. An increased adsorption sensitivity of those composites to various gases (H2, H2S, H2O) in comparison with an ordinary porous silicon layer is found. It is established that the mechanism of physical adsorption is realized at low gas pressures (≤ 25 ppm) and/or short times of the adsorbate-substrate interaction, and the chemisorption mechanism at higher pressures and in the course of long-term processes. This conclusion agrees with the theoretical data calculated for the adsorption heat from experimental isotherms (0.3–0.5 eV). Проведено теоретичний аналiз механiзмiв адсорбо-каталiтичної активацiї композитiв, виготовлених на основi поруватого кремнiю з iнкорпорованими наночастинками перехiдних металiв (Pd, W, Cu) та їх оксидiв. Встановлено вплив адсорбованих атомiв акцепторних елементiв (O, S, F, Cl) на каталiтичну активнiсть перехiдних металiв при формуваннi поверхневих нанокластерiв оксидiв перехiдних металiв. Механiзм пiдвищення каталiтичної активностi перехiдних металiв з повнiстю заповненою d-зоною, iмовiрно, може полягати в змiнi заповнення електронами d-станiв (появi d-дiрок над рiвнем Фермi) при утвореннi поверхневих нанокластерiв оксидiв перехiдних металiв. Представлено результати експериментальних дослiджень адсорбо-електричного ефекту методом високо-частотних вольт-фарадних характеристик газочутливих структур з бар’єрами Шотткi, якi характеризують данi процеси. Проведено аналiз експериментальних iзотерм адсорбцiї водню та сiрководню на поверхнi наноструктурованих композитiв кремнiю з нанокластерами мiдi, вольфраму, паладiю та їх оксидiв в порах. Було виявлено пiдвищену адсорбцiйну чутливiсть даних композитiв до рiзних газiв (H2, H2S, H2O) в порiвняннi зi звичайним поруватим шаром кремнiю. Встановлено, що при низьких тисках газу (≥25 ppm) та/або при малих часах взаємодiї адсорбат-пiдкладка реалiзується механiзм фiзичної адсорбцiї, а при бiльш високих тисках та довготривалих процесах – хемосорбцiї. Цей висновок узгоджується з даними, отриманими з розрахункiв теплоти адсорбцiї по експериментальним iзотермам, якi дають значення 0,3–0,5 еВ. Publishing house "Academperiodika" 2018-12-13 Article Article Peer-reviewed Рецензована стаття application/pdf application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2018658 10.15407/ujpe62.07.0605 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 62 No. 7 (2017); 605 Український фізичний журнал; Том 62 № 7 (2017); 605 2071-0194 2071-0186 en uk https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2018658/767 https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2018658/768 Copyright (c) 2018 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| spellingShingle | наноструктурований кремнiй наночастинки перехiднi метали та їх окислiв адсорбцiйна чутливiсть сiрководень газовий сенсор Litovchenko, V. G. Gorbanyuk, T. I. Solntsev, V. S. Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title | Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title_alt | Mechanism of Adsorption-Catalytic Activity at the Nanostructured Surface of Silicon Doped with Clusters of Transition Metals and Their Oxides |
| title_full | Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title_fullStr | Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title_full_unstemmed | Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title_short | Механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| title_sort | механiзм адсорбо-каталiтичної активностi наноструктурованої поверхнi кремнiю, легованої кластерами перехiдних металiв та їх оксидами |
| topic | наноструктурований кремнiй наночастинки перехiднi метали та їх окислiв адсорбцiйна чутливiсть сiрководень газовий сенсор |
| topic_facet | наноструктурований кремнiй наночастинки перехiднi метали та їх окислiв адсорбцiйна чутливiсть сiрководень газовий сенсор nanostructured silicon nanoparticles transition metals and their oxides adsorption sensitivity hydrogen sulfide gas sensor - |
| url | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2018658 |
| work_keys_str_mv | AT litovchenkovg mechanismofadsorptioncatalyticactivityatthenanostructuredsurfaceofsilicondopedwithclustersoftransitionmetalsandtheiroxides AT gorbanyukti mechanismofadsorptioncatalyticactivityatthenanostructuredsurfaceofsilicondopedwithclustersoftransitionmetalsandtheiroxides AT solntsevvs mechanismofadsorptioncatalyticactivityatthenanostructuredsurfaceofsilicondopedwithclustersoftransitionmetalsandtheiroxides AT litovchenkovg mehanizmadsorbokatalitičnoíaktivnostinanostrukturovanoípoverhnikremniûlegovanoíklasteramiperehidnihmetalivtaíhoksidami AT gorbanyukti mehanizmadsorbokatalitičnoíaktivnostinanostrukturovanoípoverhnikremniûlegovanoíklasteramiperehidnihmetalivtaíhoksidami AT solntsevvs mehanizmadsorbokatalitičnoíaktivnostinanostrukturovanoípoverhnikremniûlegovanoíklasteramiperehidnihmetalivtaíhoksidami |