Thermoanalytical and spectroscopic studies of the synthesis of suppokted palladium catalyst in A H₂/PdCl₂/SiO₂ parent system

Abstract

A 5 wt% Pd/SiO₂ catalyst was synthesized by heating PdCl₂-impregnated SiO₂ in H₂ at 300°C for 2 h. It was found that the metal particle dispersion is improved when the reduction step is preceded by calcination at 300°C for 2h. Thermogravimetry of the impregnated support in air, N₂ and H₂ atmospheres was used to monitor the interactions occurring during the various preparative steps (i.e. drying, calcination and reduction) of the catalyst. The solid prduct of each preparative step was characterized by X-ray diffractometry and UV/Vis diffuse reflectance spectroscopy. The results indicate that following the drying step (at 110°C in air) the palladium occurs in two detectable forms: PdCl₂ particles and Si−O−Pdⁿ⁺ surface species. The calcination appears to transform the PdCl₂ particles into the latter surface species. The H₂-reduction eventually converts the surface species into finely-dispersed Pd° metal particles (average size=8–14 nm). No other reduction products, such as Pd_ySi_x, were detected.

Zusammenfassung

Durch Erhitzung von PdCl₂-imprägniertem SiO₂ in H₂ bei 300°C für die Dauer von 2 Stunden wurde ein 5 Gew.%-iger Pd/SiO₂-Katalysator synthetisiert. Man fand, daß die Verteilung der Metallpartikel verbessert wird, wenn der Reduktionsschritt über eine Kalzinierung bei 300°C für die Dauer von 2 Stunden durchgeführt wird. Die Thermogravimetrie des imprägnierten Trägers in Luft, Stickstoff-und Wasserstoffatmosphären wurde verwendet, um die bei den verschiedenen präparativen Schritten (z.B. Trocknen, Kalzinierung und Reduktion) vorkommenden Wechselwirkungen zu verfolgen. Das Feststoffprodukt eines jeden präparativen Schrittes wurde mittels Röntgendiffraktometrie und UV/Vis Diffusreflektanzspektroskopie charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, daß das Palladium im Anschluß an den Trocknungsschritt (bei 110°C in Luft) in zwei detektierbaren Formen vorliegt: PdCl₂-Partikel und Si−O−Pdⁿ⁺ Oberflächenspezies. Die Kalzinierung scheint die PdCl₂-Partikel in die letzteren Si−O−Pdⁿ⁺ Ober-flächenspezies umzuwandeln. Die Wasserstoffreduktion wandelt die Oberflächenspezies eventuell in fein dispersierte Pd Metallpartikel um (mittlere Größe=8–14 nm). Keine anderen Reduktionsprodukte, wie z.B. Pd_ySi_x konnten beobachtet werden.