journal article·2013-10-03Open access

In Situ Oxidation Study of Pt Nanoparticles on MgO(001)

Uta Hejral, Alina Vlad, Philipp Nolte, Andreas Stierle

The Journal of Physical Chemistry C· Volume 117· Issue 39

Abstract

Noble metal nanoparticles supported by oxide carriers are widely employed in heterogeneous catalysis. To improve catalyst efficiency, it is important to understand oxidation processes on the atomic scale. Here, we studied oxygen-induced shape changes of Pt nanoparticles on MgO(001) by means of in situ surface X-ray diffraction and X-ray reflectivity measurements. The X-ray results on the particle morphology were complemented by transmission electron microscopy studies. The samples were prepared by means of physical vapor deposition and differed in average particle size and lateral particle size distribution. The oxygen-induced particle shape changes were found to be independent of particle size and were characterized by the emergence of higher indexed facets. We find the bulk oxide formation to be kinetically hindered and particle size-dependent. The formed bulk oxide structures were concluded to be (110)-oriented Pt 3 O 4 and a modified structure of (0001)-oriented α-PtO 2 . CO exposure of the oxidized particles did not lead to a shape change reversibility.
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Research context

OpenAlex topics: Catalytic Processes in Materials Science · Electrocatalysts for Energy Conversion · Catalysis and Oxidation Reactions

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Fachbereich Physik Universität Hamburg, Jungiusstr. 9, 20355 Hamburg, Germany

Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (former Max-Planck-Institut für Metallforschung), Heisenbergstr. 3, 70569 Stuttgart, Germany

Synchrotron SOLEIL, Saint Aubin BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette Cedex, France

References (83)

Show source-provided references
1. Gandhi H. S. · J. Catal. · 2003 · 216 · 43310.1016/S0021-9517(02)00067-2 ↗
2. Roldán Cuenya B. · Thin Solid Films · 2010 · 518 · 312710.1016/j.tsf.2010.01.018 ↗
3. Mehta V. · J. Power Sources · 2003 · 114 · 3210.1016/S0378-7753(02)00542-6 ↗
4. Park D.-H. · J. Nanosci. Nanotechnol. · 2012 · 12 · 566910.1166/jnn.2012.6350 ↗
5. Greco G. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 1279110.1021/jp2099569 ↗
6. Imai H. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 629310.1021/ja810036h ↗
7. Friebel D. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 966410.1021/ja3003765 ↗
8. Holby E. F. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 994210.1021/jp210805z ↗
9. Callejas-Tovar R. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 2376810.1021/jp208286g ↗
10. Pöpke H. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 191210.1021/jp209645t ↗
11. Freund H.-J. · J. Catal. · 2003 · 216 · 22310.1016/S0021-9517(02)00073-8 ↗
12. Henry C. R. · Surf. Sci. Rep. · 1998 · 31 · 23110.1016/S0167-5729(98)00002-8 ↗
13. Zaera F. · Catal. Lett. · 2012 · 142 · 50110.1007/s10562-012-0801-9 ↗
14. Nolte P. · Science · 2008 · 321 · 165410.1126/science.1160845 ↗
15. Seriani N. · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 184023
16. Mostafa S. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 1571410.1021/ja106679z ↗
17. Nolte P. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 469710.1021/nl2023564 ↗
18. Mars P. · Chem. Eng. Sci. · 1954 · 3 · 4110.1016/S0009-2509(54)80005-4 ↗
19. Hendriksen B. L. M. · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 04610110.1103/PhysRevLett.89.046101 ↗
20. Wintterlin J. · Science · 1997 · 278 · 193110.1126/science.278.5345.1931 ↗
21. Campbell C. T. · J. Chem. Phys. · 1980 · 73 · 586210.1063/1.440029 ↗
22. McClure S. M. · Chem. Phys. Lett. · 2009 · 469 · 110.1016/j.cplett.2008.12.066 ↗
23. Chung J.-Y. · Surf. Sci. · 2009 · 603 · L3510.1016/j.susc.2009.01.016 ↗
24. Ackermann M. D. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 25550510.1103/PhysRevLett.95.255505 ↗
25. Butcher D. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 2031910.1021/ja207261s ↗
26. Allian A. D. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 449810.1021/ja110073u ↗
27. Dobrin S. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2012 · 14 · 1212210.1039/c2cp41286a ↗
28. Steininger H. · Surf. Sci. · 1982 · 123 · 110.1016/0039-6028(82)90124-8 ↗
29. Parker D. H. · Surf. Sci. · 1989 · 217 · 48910.1016/0039-6028(89)90443-3 ↗
30. Weaver J. F. · Surf. Sci. · 2005 · 592 · 8310.1016/j.susc.2005.07.010 ↗
31. Wintterlin J. · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 12310.1103/PhysRevLett.77.123 ↗
32. Materer N. · Surf. Sci. · 1995 · 325 · 20710.1016/0039-6028(94)00703-9 ↗
33. Devarajan S. P. · Surf. Sci. · 2008 · 602 · 311610.1016/j.susc.2008.08.008 ↗
34. Ellinger C. · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 184013
35. Miller D. J. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 107 · 19550210.1103/PhysRevLett.107.195502 ↗
36. Krasnikov S. A. · Nanotechnology · 2010 · 21 · 33530110.1088/0957-4484/21/33/335301 ↗
37. Bandlow J. · Phys. Rev. B · 2011 · 83 · 17410710.1103/PhysRevB.83.174107 ↗
38. Hawkins J. M. · Phys. Rev. B · 2009 · 79 · 12543410.1103/PhysRevB.79.125434 ↗
39. Pang Q. · Appl. Surf. Sci. · 2011 · 257 · 304710.1016/j.apsusc.2010.10.114 ↗
40. Seriani N. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 1486010.1021/jp063281r ↗
41. Weaver J. F. · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 184015
42. Shumbera R. B. · Surf. Sci. · 2007 · 601 · 480910.1016/j.susc.2007.07.027 ↗
43. Griffiths K. · Surf. Sci. · 1984 · 138 · 11310.1016/0039-6028(84)90499-0 ↗
44. Shumbera R. B. · Surf. Sci. · 2006 · 600 · 292810.1016/j.susc.2006.05.040 ↗
45. Deskins N. A. · J. Chem. Phys. · 2005 · 122 · 18470910.1063/1.1893718 ↗
46. Li W. X. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 93 · 14610410.1103/PhysRevLett.93.146104 ↗
47. Pedersen T. M. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2006 · 8 · 156610.1039/b515166j ↗
48. Li W.-X. · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 184022
49. Zhu Z. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 149110.1021/nl204242s ↗
50. Wang J. G. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 25610210.1103/PhysRevLett.95.256102 ↗
51. Wulff G. · Z. Kristallogr. · 1901 · 34 · 44910.1524/zkri.1901.34.1.449 ↗
52. Vlad A. · Phys. Rev. B · 2012 · 86 · 03540710.1103/PhysRevB.86.035407 ↗
53. Vayssilov G. N. · Nat. Mater. · 2011 · 10 · 31010.1038/nmat2976 ↗
54. Ono L. K. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1685610.1021/jp204743q ↗
55. Shumbera R. B. · Surf. Sci. · 2007 · 601 · 23510.1016/j.susc.2006.09.040 ↗
56. Kuribayashi K. · Thin Solid Films · 2001 · 400 · 16010.1016/S0040-6090(01)01503-6 ↗
57. Olander J. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 07540910.1103/PhysRevB.76.075409 ↗
58. Cillessen J. F. M. · Thin Solid Films · 1993 · 226 · 5310.1016/0040-6090(93)90205-4 ↗
59. McIntyre P. C. · J. Appl. Phys. · 1995 · 77 · 620110.1063/1.359147 ↗
60. Goniakowski J. · J. Chem. Phys. · 2009 · 130 · 17470310.1063/1.3121307 ↗
61. Scavia G. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 552910.1021/jp0554644 ↗
62. Lairson B. M. · Appl. Phys. Lett. · 1992 · 61 · 139010.1063/1.107547 ↗
63. McIntyre P. C. · Acta Mater. · 1997 · 45 · 86910.1016/S1359-6454(96)00182-6 ↗
64. McIntyre P. C. · Acta Mater. · 1997 · 45 · 87910.1016/S1359-6454(96)00183-8 ↗
65. Gatel C. · J. Cryst. Growth · 2003 · 252 · 42410.1016/S0022-0248(03)00868-6 ↗
66. Stierle A. · Rev. Sci. Instrum. · 2004 · 75 · 530210.1063/1.1819552 ↗
67. Kasper N. · Surf. Sci. · 2006 · 600 · 286010.1016/j.susc.2006.05.030 ↗
68. Jin-Phillipp N. Y. · Surf. Sci. · 2009 · 603 · 255110.1016/j.susc.2009.05.032 ↗
69. imageJ;Sun Microsystems, Inc.:Santa Clara, CA.
70. Robinson I. K. · Rep. Prog. Phys. · 1992 · 55 · 59910.1088/0034-4885/55/5/002 ↗
71. Rzeszotarski P. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2009 · 11 · 541610.1039/b820510h ↗
72. Muller O. · J. Less-Common Met. · 1968 · 16 · 12910.1016/0022-5088(68)90070-2 ↗
73. McBride J. R. · J. Appl. Phys. · 1991 · 69 · 159610.1063/1.347255 ↗
74. Weber W. H. · Phys. Rev. B · 1990 · 42 · 1096910.1103/PhysRevB.42.10969 ↗
75. Nomiyama R. K. · Phys. Rev. B · 2011 · 84 · 10010110.1103/PhysRevB.84.100101 ↗
76. Nolte P. · Phys. Rev. B · 2008 · 77 · 11544410.1103/PhysRevB.77.115444 ↗
77. Putna E. S. · Surf. Sci. Lett. · 1997 · 391 · L117810.1016/S0039-6028(97)00611-0 ↗
78. Lee W. H. · J. Catal. · 1990 · 126 · 65810.1016/0021-9517(90)90028-I ↗
79. Cabié M. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 216010.1021/jp906721g ↗
80. Gustafson J. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 12610210.1103/PhysRevLett.92.126102 ↗
81. Lundgren E. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 04610110.1103/PhysRevLett.92.046101 ↗
82. Seriani N. · Phys. Rev. B. · 2007 · 76 · 15542110.1103/PhysRevB.76.155421 ↗
83. Ono L. K. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 2211910.1021/jp1086703 ↗