The hydrogenation of ethylene and acetylene was studied on a Pdn/MgO/Mo(100) model system containing palladium particles with a narrow size distribution around Pd26 (Pd20 to Pd35). Reactivity measurements were carried out in an ultrahigh vacuum chamber under isothermal conditions in the presence of deuterium. The catalyst system can readily hydrogenate both of these small molecules, and for acetylene, an alternative reaction network exists, in which it is trimerized to benzene. Distinct deactivation behavior was found for the two molecules and ascribed to different adsorption sites formed and influenced by the carbonaceous overlayer formed during the course of the reaction. These findings extend the A-E-model by Borodziński and Gołȩbiowski to extremely small particles and low partial pressures and show that it is possible to study realistic catalytic sites under highly defined conditions.

1.
G.
Rothenberg
,
Catalysis: Concepts and Green Applications
(
Wiley-VCH
,
Weinheim Chichester
,
2008
).
2.
BASF-Group
, “
Basf report 2018
,” Report No. 2018,
2018
.
3.
C.
Yokoyama
and
M.
Misono
,
J. Catal.
150
,
9
(
1994
).
4.
J.
Li
,
H.
Chang
,
L.
Ma
,
J.
Hao
, and
R. T.
Yang
,
Catal. Today
175
,
147
(
2011
).
5.
K.
Miyake
,
Y.
Hirota
,
K.
Ono
,
Y.
Uchida
,
S.
Tanaka
, and
N.
Nishiyama
,
J. Catal.
342
,
63
(
2016
).
6.
G.
Ertl
,
S. B.
Lee
, and
M.
Weiss
,
Surf. Sci.
114
,
527
(
1982
).
7.
H.
Lindlar
,
Helv. Chim. Acta
35
,
446
(
1952
).
8.
J.
Sauer
and
H.-J.
Freund
,
Catal. Lett.
145
,
109
(
2015
).
9.
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
U.
Landman
, and
U.
Heiz
,
ACS Catal.
7
,
6738
(
2017
).
10.
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
F. F.
Schweinberger
,
B.
Yoon
,
U.
Landman
, and
U.
Heiz
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
,
8953
(
2016
).
11.
M.
Wu
,
J. S.
Corneille
,
J.
He
,
C. A.
Estrada
, and
D. W.
Goodman
,
J. Vac. Sci. Technol., A
10
,
1467
(
1992
).
12.
U.
Heiz
,
F.
Vanolli
,
L.
Trento
, and
W.-D.
Schneider
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
1986
(
1997
).
13.
S.
Kunz
,
K.
Hartl
,
M.
Nesselberger
,
F. F.
Schweinberger
,
G.
Kwon
,
M.
Hanzlik
,
K. J. J.
Mayrhofer
,
U.
Heiz
, and
M.
Arenz
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
10288
(
2010
).
14.
K.
Wettergren
,
F. F.
Schweinberger
,
D.
Deiana
,
C. J.
Ridge
,
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
T. W.
Hansen
,
V. P.
Zhdanov
,
U.
Heiz
, and
C.
Langhammer
,
Nano Lett.
14
,
5803
(
2014
).
15.
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
C. J.
Ridge
,
F. F.
Schweinberger
,
U.
Heiz
,
B.
Yoon
, and
U.
Landman
,
Nat. Commun.
7
,
10389
(
2016
).
16.
F. F.
Schweinberger
,
A. S.
Crampton
,
T.
Zimmermann
,
G.
Kwon
,
C. J.
Ridge
,
S.
Günther
, and
U.
Heiz
,
Surf. Sci.
609
,
18
(
2013
).
17.
M. J.
Bozack
,
L.
Muehlhoff
,
J. N.
Russell
, Jr.
,
W. J.
Choyke
, and
J. T.
Yates
, Jr.
,
J. Vac. Sci. Technol. A
5
,
1
(
1987
).
18.
A.
Winkler
and
J. T.
Yates
, Jr.
,
J. Vac. Sci. Technol. A
6
,
2929
(
1988
).
19.
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
F. F.
Schweinberger
,
B.
Yoon
,
U.
Landman
, and
U.
Heiz
,
J. Catal.
333
,
51
(
2016
).
20.
A. M.
Doyle
,
S. K.
Shaikhutdinov
, and
H. J.
Freund
,
J. Catal.
223
,
444
(
2004
).
21.
N. A.
Khan
,
S.
Shaikhutdinov
, and
H. J.
Freund
,
Catal. Lett.
108
,
159
(
2006
).
22.
W.
Ludwig
,
A.
Savara
,
R. J.
Madix
,
S.
Schauermann
, and
H.-J.
Freund
,
J. Phys. Chem. C
116
,
3539
(
2012
).
23.
M. P.
Kiskinova
and
G. M.
Bliznakov
,
Surf. Sci.
123
,
61
(
1982
).
24.
A. S.
Crampton
,
M. D.
Rötzer
,
C. J.
Ridge
,
B.
Yoon
,
F. F.
Schweinberger
,
U.
Landman
, and
U.
Heiz
,
Surf. Sci.
652
,
7
(
2016
).
25.
A.
Borodziński
,
Catal. Lett.
71
,
169
(
2001
).
26.
A. S.
McLeod
,
Chem. Eng. Res. Des.
82
,
945
(
2004
).
27.
A.
Binder
,
M.
Seipenbusch
,
M.
Muhler
, and
G.
Kasper
,
J. Catal.
268
,
150
(
2009
).
28.
I.
Horiuti
and
M.
Polanyi
,
Trans. Faraday Soc.
30
,
1164
(
1934
).
29.
P. S.
Cremer
and
G. A.
Somorjai
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans.
91
,
3671
(
1995
).
30.
B.
Mattson
,
W.
Foster
,
J.
Greimann
,
T.
Hoette
,
N.
Le
,
A.
Mirich
,
S.
Wankum
,
A.
Cabri
,
C.
Reichenbacher
, and
E.
Schwanke
,
J. Chem. Educ.
90
,
613
(
2013
).
31.
S.
Abbet
,
A.
Sanchez
,
U.
Heiz
,
W. D.
Schneider
,
A. M.
Ferrari
,
G.
Pacchioni
, and
N.
Rösch
,
J. Am. Chem. Soc.
122
,
3453
(
2000
).
32.
A. S.
Wörz
,
K.
Judai
,
S.
Abbet
,
J.-M.
Antonietti
,
U.
Heiz
,
A.
Del Vitto
,
L.
Giordano
, and
G.
Pacchioni
,
Chem. Phys. Lett.
399
,
266
(
2004
).
33.
K.
Judai
,
A. S.
Wörz
,
S.
Abbet
,
J.-M.
Antonietti
,
U.
Heiz
,
A.
Del Vitto
,
L.
Giordano
, and
G.
Pacchioni
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
7
,
955
(
2005
).
34.
A.
Borodziński
and
A.
Gołȩbiowski
,
Langmuir
13
,
883
(
1997
).
35.
A.
Borodziński
,
Catal. Lett.
63
,
35
(
1999
).
36.
B. E.
Heyden
and
A. M.
Bradshaw
,
Surf. Sci.
125
,
787
(
1983
).
37.
S.
Wendt
,
E.
Ozensoy
,
T.
Wei
,
M.
Frerichs
,
Y.
Cai
,
M. S.
Chen
, and
D. W.
Goodman
,
Phys. Rev. B
72
,
115409
(
2005
).
38.
Y.
Amenomiya
and
R. F.
Pottie
,
Can. J. Chem.
46
,
1735
(
1968
).
You do not currently have access to this content.