Investigation of NO interaction on Rh/doped TiO₂-based automotive catalyst using combined transient diffuse reflectance Fourier transform infrared and mass spectrometry

¹ Department of Chemistry, Faculty of Science and Technology, University Abdelmalek Essaadi, P.O. Box 416, Tangier, Morocco
² Department of Chemical Engineering, Institute of Chemical Engineering and High Temperature Processes, University of Patras, GR-26500 Patras, Greece
³ Laboratory of Applied Physical Chemistry, Faculty of Science, University Abdelmalek Essaadi, Tetouan, Morocco

Abstract

The interaction of NO with Rh supported on W⁺⁶ doped TiO₂ has been investigated by coupling transient diffuse reflectance Fourier transform Infrared spectroscopy and mass spectrometry. The experiments were carried out in dynamic conditions (under reactant flow and at temperature reaction) at atmospheric pressure. By comparing the results obtained with undoped Rh/TiO₂ and Rh/TiO₂(W⁶⁺) catalysts, the analytical approach used permitted to emphasis the effect of carrier doping, with respect to the elementary steps and surface intermediates involved in NO interaction process. It was found that W⁶⁺-doping of TiO₂ promotes significantly the formation of Rh-NO^- species and enhances the thermal stability of Rh-NO⁺ on Rh/TiO₂ (W⁶⁺) surfaces. This leads to a drastic increase in the selectivity of NO decomposition reaction towards N2 formation, whereas the N₂O yield decreases significantly.

Résumé

L'intéraction de NO sur un catalyseur à base de rhodium supporté sur TiO₂ dopé par le tungstène W⁶⁺ a été étudiée en régime transitoire par couplage de la spectroscopie Infrarouge Diffuse à Transformée de Fourier (DRIFT) et la spectrométrie de masse. Ces études ont été effectuées dans des conditions dynamiques (sous flux de réactifs gazeux et à la température de la réaction) à la pression atmosphérique. La comparaison des études menées avec des catalyseurs non dopé (Rh/TiO₂) et dopé (Rh/TiO₂(W⁶⁺)) a permis de mettre en évidence l'influence du dopage du support catalytique sur la nature des intermédiaires superficiels et les étapes élémentaires intervenant dans le processus d'interaction de NO avec ces solides. Il a été montré que le dopage de TiO₂ par W⁶⁺ accroît la formation des espèces Rh-NO^- et la stabilité thermique des espèces Rh-NO⁺ sur Rh/TiO₂(W⁶⁺). Ceci est à l'origine de l'augmentation de la sélectivité de la conversion de NO en N₂ suite à la diminution considérable de la quantité N₂O formée.