Time resolved coherent X-ray diffraction imaging of Cu-ZSM-5 catalysts
Cu-ZSM-5 촉매물질의 시간분해 결맞는 X선 회절 이미징
- 주제(키워드) Coherent X-ray , Coherent X-ray Diffraction , Coherent X-ray Diffraction Imaging , Phase Retrieval Algorithm , Zeolites , ZSM-5 , 결맞는 X선 , 결맞는 X선 회절 , 결맞는 X선 회절 이미징 , 위상 복원 알고리즘 , 제올라이트 , ZSM-5
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김현정
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- UCI I804:11029-000000065940
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Zeolites are three-dimensional aluminosilicates having unique properties from the size and connectivity of their sub-nanometer pores, the Si/Al ratio of the anionic framework, and the charge-balancing cations. The inhomogeneous distribution of the cations affects their catalytic performances because it influences the intra-crystalline diffusion rates of the reactants and products. However, the structural deformation regarding inhomogeneous active regions during the catalysis is not observed by conventional analytical tools. The coherent X-ray diffractive imaging (CXDI) technique can elucidate the intra-crystalline strain evolution of crystal structures with in situ and non-destructive conditions. The application of X-ray free electron laser (XFEL), which has ~1012 times higher brilliance than the synchrotron light source and fully transversely coherent beam, on this technique enables in situ time-resolved study. In this thesis, we used Cu(II)-exchanged ZSM-5 zeolite microcrystals as an example of inhomogeneous crystalline catalyst and observed the intra-crystalline structural responses of ZSM-5 during various chemical conditions: 1. The decomposition reaction of nitric oxide (NO) with propene (C3H6) at 250 °C. 2. The adsorption of hydrocarbons, benzene, n-hexane, propane, propene and methane, from room temperature to 200 °C. 3. The change of ion-exchange salt, CuCl2 to Cu(CH3COO)2, which affects the NO decomposition reaction process from 120 to 220 °C.
more초록/요약
제올라이트는 3차원 구조의 규소-알루미늄 물질로, 구조 내부의 나노미터 이하 크기의 구멍들의 특수한 연결성과 함께 규소/알루미늄 구성비로 인하여 발생하는 음전하 성질을 가지는 격자 구조로 인해 만들어지는 양이온들의 존재로 인해 특수한 성질을 지닌다. 이 양이온들은 제올라이트 내부에 투입된 화학 반응 물질들의 결정 내 확산 속도에 영향을 주기 때문에, 제올라이트 격자 내부의 균일하지 않은 양이온 분포는 제올라이트의 촉매 반응성에 큰 영향을 준다. 그러나, 촉매 물질의 격자 내부에서 이러한 양식의 균일하지 않은 반응 영역의 변화 양상은 일반적인 분석 방법으로는 관찰되지 않았다. 결맞는 X선 회절 이미징(CXDI) 기법은 위와 같은 결정 구조 내부에서 변화하는 스트레인을 실상황에서 비파괴적으로 직접 관찰할 수 있다. 기존 싱크로트론 X선 광원의 1012 배의 밝기를 가지며 횡방향으로 완전히 결맞는 특성을 가진 X선 자유전자 레이저(XFEL)를 이 기법에 적용할 경우, 실상황 시간 분해 연구로 그 범주를 확장할 수 있다. 본 논문에서 우리는 구리(II)이온 교환된 ZSM-5 제올라이트 마이크로결정을 결정성 비균질 촉매 물질의 예시로써 다루어, 다양한 화학적 상태의 ZSM-5의 결정 내 구조 반응성을 밝혀냈다. 첫 번째, 프로핀 (C3H6) 존재하의 일산화질소 (NO) 환원 촉매 반응에서의 ZSM-5의 반응성. 두 번째, 실온에서 200도까지의 환경에서 벤젠, n-헥세인, 프로판, 프로핀, 메탄의 ZSM-5에 대한 흡착 반응성. 세 번째, 구리 이온 물질을 CuCl2 에서 Cu(CH3COO)2 로 교환할 경우 120도에서 220도 사이의 NO 환원 촉매 반응이 변하면서 나타나는 ZSM-5의 변화.
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