In this paper, we investigate uniformly dispersed size-selected Pdn clusters (n = 4, 10, and 17) on alumina supports. We study the changes of clustered Pd atoms under oxidizing and reducing (O2 and CO, respectively) conditions in situ using ambient pressure XPS. The behavior of Pd in the clusters is quite different from that of Pd foil under the same conditions. For all Pd clusters, we observe only one Pd peak. The binding energy of this Pd 3d peak is ∼1-1.4 eV higher than that of metallic Pd species and changes slightly in CO and O2 environments. On the Pd foil however many different Pd species co-exist on the surface and change their oxidation states under different conditions. We find that the Pd atoms in direct contact with Al2O3 differ in oxidation state from the surface Pd atoms in a foil under reaction conditions. Compared to previous literature, we find that Pd 3d peak positions are greatly influenced by the different types of Al2O3 supports due to the combination of both initial and final state effects.
REFERENCES
1.
G.
Ertl
, H.
Knözinger
, F.
Schüth
, and J.
Weitkamp
, Handbook of Heterogeneous Catalysis
(Wiley-VCH
, 2008
).2.
G. A.
Somorjai
and Y.
Li
, Introduction to Surface Chemistry and Catalysis
(Wiley
, 2010
).3.
J. M.
Thomas
, W. J.
Thomas
, J.
Anderson
, and M.
Boudart
, Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis
(VCH
, New York
, 1997
).4.
I.
Chorkendorff
and J. W.
Niemantsverdriet
, Concepts of Modern Catalysis and Kinetics
(Wiley-VCH
, 2006
).5.
D. W.
Goodman
, Chem. Rev.
95
(3
), 523
–536
(1995
).6.
G. A.
Somorjai
, Chem. Rev.
96
(4
), 1223
–1236
(1996
).7.
P. L. J.
Gunter
, J. W.
Niemantsverdriet
, F. H.
Ribeiro
, and G. A.
Somorjai
, Catal. Rev.
39
(1–2
), 77
–168
(1997
).8.
H.-J.
Freund
, Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
36
(5
), 452
–475
(1997
).9.
R.
Westerström
, M. E.
Messing
, S.
Blomberg
, A.
Hellman
, H.
Grönbeck
, J.
Gustafson
, N. M.
Martin
, O.
Balmes
, R.
van Rijn
, J. N.
Andersen
, K.
Deppert
, H.
Bluhm
, Z.
Liu
, M. E.
Grass
, M.
Hävecker
, and E.
Lundgren
, Phys. Rev. B
83
(11
), 115440
(2011
).10.
D.
Zemlyanov
, B.
Aszalos-Kiss
, E.
Kleimenov
, D.
Teschner
, S.
Zafeiratos
, M.
Hävecker
, A.
Knop-Gericke
, R.
Schlögl
, H.
Gabasch
, W.
Unterberger
, K.
Hayek
, and B.
Klötzer
, Surf. Sci.
600
(5
), 983
–994
(2006
).11.
H.
Gabasch
, W.
Unterberger
, K.
Hayek
, B.
Klötzer
, E.
Kleimenov
, D.
Teschner
, S.
Zafeiratos
, M.
Hävecker
, A.
Knop-Gericke
, R.
Schlögl
, J.
Han
, F. H.
Ribeiro
, B.
Aszalos-Kiss
, T.
Curtin
, and D.
Zemlyanov
, Surf. Sci.
600
(15
), 2980
–2989
(2006
).12.
G.
Ketteler
, D. F.
Ogletree
, H.
Bluhm
, H.
Liu
, E. L. D.
Hebenstreit
, and M.
Salmeron
, J. Am. Chem. Soc.
127
(51
), 18269
–18273
(2005
).13.
A. F.
Lee
, J. N.
Naughton
, Z.
Liu
, and K.
Wilson
, ACS Catal.
2
(11
), 2235
–2241
(2012
).14.
A.
Doyle
, J. Catal.
223
(2
), 444
–453
(2004
).15.
T. P.
Beebe
and J. T.
Yates
, J. Am. Chem. Soc.
108
(4
), 663
–671
(1986
).16.
L.
Haack
and K.
Otto
, Catal. Lett.
34
(1
), 31
–40
(1995
).17.
E.
Voogt
, A.
Mens
, O.
Gijzeman
and J.
Geus
, Catal. Today
47
(1
), 321
–323
(1999
).18.
A. F.
Carlsson
, M.
Naschitzki
, M.
Bäumer
, and H. J.
Freund
, J. Phys. Chem. B
107
(3
), 778
–785
(2003
).19.
B.
Brandt
, T.
Schalow
, M.
Laurin
, S.
Schauermann
, J.
Libuda
, and H. J.
Freund
, J. Phys. Chem. C
111
(2
), 938
–949
(2007
).20.
W. E.
Kaden
, T.
Wu
, W. A.
Kunkel
, and S. L.
Anderson
, Science
326
(5954
), 826
–829
(2009
).21.
P.
Castellazzi
, G.
Groppi
, P.
Forzatti
, E.
Finocchio
, and G.
Busca
, J. Catal.
275
(2
), 218
–227
(2010
).22.
S.
Lee
, B.
Lee
, F.
Mehmood
, S.
Seifert
, J. A.
Libera
, J. W.
Elam
, J.
Greeley
, P.
Zapol
, L. A.
Curtiss
, and M. J.
Pellin
, J. Phys. Chem. C
114
(23
), 10342
–10348
(2010
).23.
K.
Zorn
, S.
Giorgio
, E.
Halwax
, C. R.
Henry
, H.
Grönbeck
, and G.
Rupprechter
, J. Phys. Chem. C
115
(4
), 1103
–1111
(2011
).24.
O.
Balmes
, A.
Resta
, D.
Wermeille
, R.
Felici
, M. E.
Messing
, K.
Deppert
, Z.
Liu
, M. E.
Grass
, H.
Bluhm
, R.
van Rijn
, J. W. M.
Frenken
, R.
Westerstroem
, S.
Blomberg
, J.
Gustafson
, J. N.
Andersen
and E.
Lundgren
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
(14
), 4796
–4801
(2012
).25.
S.
Penner
, P.
Bera
, S.
Pedersen
, L. T.
Ngo
, J. J. W.
Harris
, and C. T.
Campbell
, J. Phys. Chem. B
110
(48
), 24577
–24584
(2006
).26.
A.
Sandell
, J.
Libuda
, P.
Bruhwiler
, S.
Andersson
, A.
Maxwell
, M.
Baumer
, N.
Martensson
, and H.
Freund
, J. Vac. Sci. Technol. A
14
(3
), 1546
–1551
(1996
).27.
N.
Nilius
, T.
Wallis
, and W.
Ho
, Phys. Rev. Lett.
90
(4
), 046808
(2003
).28.
T.
Wu
, W. E.
Kaden
, W. A.
Kunkel
, and S. L.
Anderson
, Surf. Sci.
603
(17
), 2764
–2770
(2009
).29.
F.
Yin
, S.
Lee
, A.
Abdela
, S.
Vajda
, and R. E.
Palmer
, J. Chem. Phys.
134
(14
), 141101
(2011
).30.
W. E.
Kaden
, W. A.
Kunkel
, F. S.
Roberts
, M.
Kane
, and S. L.
Anderson
, J. Chem. Phys.
136
(20
), 204705
(2012
).31.
K.
Judai
, S.
Abbet
, A. S.
Wörz
, U.
Heiz
, and C. R.
Henry
, J. Am. Chem. Soc.
126
(9
), 2732
–2737
(2004
).32.
F.
Marks
, I.
Lindau
, and R.
Browning
, J. Vac. Sci. Technol. A
8
(4
), 3437
–3442
(1990
).33.
S. L.
Tait
, L. T.
Ngo
, Q.
Yu
, J. S. C.
Fain
, and C. T.
Campbell
, J. Chem. Phys.
122
(6
), 064712
(2005
).34.
S.
Shaikhutdinov
, M.
Heemeier
, J.
Hoffmann
, I.
Meusel
, B.
Richter
, M.
Bäumer
, H.
Kuhlenbeck
, J.
Libuda
, H. J.
Freund
, R.
Oldman
, S. D.
Jackson
, C.
Konvicka
, M.
Schmid
, and P.
Varga
, Surf. Sci.
501
(3
), 270
–281
(2002
).35.
K.
Hųjrup Hansen
, Ž.
Šljivančanin
, E.
Lęgsgaard
, F.
Besenbacher
, and I.
Stensgaard
, Surf. Sci.
505
(0
), 25
–38
(2002
).36.
J.
Libuda
, I.
Meusel
, J.
Hoffmann
, J.
Hartmann
, L.
Piccolo
, C. R.
Henry
, and H. J.
Freund
, J. Chem. Phys.
114
(10
), 4669
–4684
(2001
).37.
K. H.
Hansen
, T.
Worren
, S.
Stempel
, E.
Lægsgaard
, M.
Bäumer
, H. J.
Freund
, F.
Besenbacher
, and I.
Stensgaard
, Phys. Rev. Lett.
83
(20
), 4120
–4123
(1999
).38.
C. T.
Campbell
, Nat. Chem.
4
(8
), 597
–598
(2012
).39.
G.
Pacchioni
, Phys. Chem. Chem. Phys.
15
(6
), 1737
–1757
(2013
).40.
G.
Rupprechter
and C.
Weilach
, Nanotoday
2
(4
), 20
–29
(2007
).41.
S.
Vajda
, M. J.
Pellin
, J. P.
Greeley
, C. L.
Marshall
, L. A.
Curtiss
, G. A.
Ballentine
, J. W.
Elam
, S.
Catillon-Mucherie
, P. C.
Redfern
, F.
Mehmood
, and P.
Zapol
, Nature Mater.
8
(3
), 213
–216
(2009
).42.
B.
Qiao
, A.
Wang
, X.
Yang
, L. F.
Allard
, Z.
Jiang
, Y.
Cui
, J.
Liu
, J.
Li
, and T.
Zhang
, Nat. Chem.
3
(8
), 634
–641
(2011
).43.
A. A.
Herzing
, C. J.
Kiely
, A. F.
Carley
, P.
Landon
, and G. J.
Hutchings
, Science
321
(5894
), 1331
–1335
(2008
).44.
Y.
Lei
, F.
Mehmood
, S.
Lee
, J.
Greeley
, B.
Lee
, S.
Seifert
, R. E.
Winans
, J. W.
Elam
, R. J.
Meyer
, P. C.
Redfern
, D.
Teschner
, R.
Schlögl
, M. J.
Pellin
, L. A.
Curtiss
, and S.
Vajda
, Science
328
(5975
), 224
–228
(2010
).45.
M.
Turner
, V. B.
Golovko
, O. P. H.
Vaughan
, P.
Abdulkin
, A.
Berenguer-Murcia
, M. S.
Tikhov
, B. F. G.
Johnson
, and R. M.
Lambert
, Nature (London)
454
(7207
), 981
–983
(2008
).46.
M.
Salmeron
and R.
Schlögl
, Surf. Sci. Rep.
63
(4
), 169
–199
(2008
).47.
H.
Bluhm
, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
177
(2–3
), 71
–84
(2010
).48.
S.
Vajda
, R.
Winans
, J.
Elam
, B.
Lee
, M.
Pellin
, S.
Seifert
, G.
Tikhonov
, and N.
Tomczyk
, Top. Catal.
39
(3–4
), 161
–166
(2006
).49.
R.
Winans
, S.
Vajda
, G.
Ballentine
, J.
Elam
, B.
Lee
, M.
Pellin
, S.
Seifert
, G.
Tikhonov
, and N.
Tomczyk
, Top. Catal.
39
(3–4
), 145
–149
(2006
).50.
J. W.
Elam
, M. D.
Groner
, and S. M.
George
, Rev. Sci. Instrum.
73
(8
), 2981
–2987
(2002
).51.
S.
Vajda
, S.
Lee
, K.
Sell
, I.
Barke
, A.
Kleibert
, V.
von Oeynhausen
, K.-H.
Meiwes-Broer
, A. F.
Rodriguez
, J. W.
Elam
, M. M.
Pellin
, B.
Lee
, S.
Seifert
, and R. E.
Winans
, J. Chem. Phys.
131
(12
), 121104
(2009
).52.
S.
Lee
, L. M.
Molina
, M. J.
López
, J. A.
Alonso
, B.
Hammer
, B.
Lee
, S.
Seifert
, R. E.
Winans
, J. W.
Elam
, M. J.
Pellin
, and S.
Vajda
, Angew. Chem., Int. Ed.
48
(8
), 1467
–1471
(2009
).53.
M. E.
Grass
, P. G.
Karlsson
, F.
Aksoy
, M.
Lundqvist
, B.
Wannberg
, B. S.
Mun
, Z.
Hussain
, and Z.
Liu
, Rev. Sci. Instrum.
81
(5
), 053106
(2010
).54.
F.
Aksoy
, M. E.
Grass
, S. H.
Joo
, N.
Jabeen
, Y. P.
Hong
, Z.
Hussain
, B. S.
Mun
, and Z.
Liu
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
645
(1
), 260
–265
(2011
).55.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4807488 for Tables S-1 and S-2 and Figures S-1–S-3.
56.
R.
Toyoshima
, M.
Yoshida
, Y.
Monya
, Y.
Kousa
, K.
Suzuki
, H.
Abe
, B. S.
Mun
, K.
Mase
, K.
Amemiya
, and H.
Kondoh
, J. Phys. Chem. C
116
(35
), 18691
–18697
(2012
).57.
J. N.
Andersen
, M.
Qvarford
, R.
Nyholm
, S. L.
Sorensen
, and C.
Wigren
, Phys. Rev. Lett.
67
(20
), 2822
–2825
(1991
).58.
S.
Surnev
, M.
Sock
, M. G.
Ramsey
, F. P.
Netzer
, M.
Wiklund
, M.
Borg
, and J. N.
Andersen
, Surf. Sci.
470
(1–2
), 171
–185
(2000
).59.
S.
Nigam
and C.
Majumder
, J. Phys. Chem. C
116
(4
), 2863
–2871
(2012
).60.
E.
Lundgren
, G.
Kresse
, C.
Klein
, M.
Borg
, J. N.
Andersen
, M.
De Santis
, Y.
Gauthier
, C.
Konvicka
, M.
Schmid
, and P.
Varga
, Phys. Rev. Lett.
88
(24
), 246103
(2002
).61.
M.
Todorova
, E.
Lundgren
, V.
Blum
, A.
Mikkelsen
, S.
Gray
, J.
Gustafson
, M.
Borg
, J.
Rogal
, K.
Reuter
, J. N.
Andersen
, and M.
Scheffler
, Surf. Sci.
541
(1–3
), 101
–112
(2003
).62.
R.
Westerström
, J.
Gustafson
, A.
Resta
, A.
Mikkelsen
, J. N.
Andersen
, E.
Lundgren
, N.
Seriani
, F.
Mittendorfer
, M.
Schmid
, J.
Klikovits
, P.
Varga
, M. D.
Ackermann
, J. W. M.
Frenken
, N.
Kasper
, and A.
Stierle
, Phys. Rev. B
76
(15
), 155410
(2007
).63.
R.
Ouyang
, J.-X.
Liu
, and W.-X.
Li
, J. Am. Chem. Soc.
135
(5
), 1760
–1771
(2013
).64.
S.
Shaikhutdinov
and H.-J.
Freund
, Annu. Rev. Phys. Chem.
63
(1
), 619
–633
(2012
).65.
F.
Gao
and D. W.
Goodman
, Annu. Rev. Phys. Chem.
63
(1
), 265
–286
(2012
).66.
H.-J.
Freund
and D. W.
Goodman
, in Handbook of Heterogeneous Catalysis
(Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
, 2008
).67.
T.
Risse
, S.
Shaikhutdinov
, N.
Nilius
, M.
Sterrer
, and H.-J.
Freund
, Acc. Chem. Res.
41
(8
), 949
–956
(2008
).68.
Y.
Dai
, B.
Lim
, Y.
Yang
, C. M.
Cobley
, W.
Li
, E. C.
Cho
, B.
Grayson
, P. T.
Fanson
, C. T.
Campbell
, Y.
Sun
, and Y.
Xia
, Angew. Chem., Int. Ed.
49
(44
), 8165
–8168
(2010
).69.
B. K.
Min
, W. T.
Wallace
, and D. W.
Goodman
, J. Phys. Chem. B
108
(38
), 14609
–14615
(2004
).70.
W. T.
Wallace
, B. K.
Min
, and D. W.
Goodman
, J. Mol. Catal. A: Chem.
228
(1–2
), 3
–10
(2005
).71.
M. D.
Kane
, F. S.
Roberts
, and S. L.
Anderson
, “Alumina support and Pdn cluster size effects on activity of Pdn for catalytic oxidation of CO
,” Faraday Discuss.
(published online).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
