Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
86 
T3: O–5 
Electrode potential triggered desolvation and resolvation of Ge(100) 
in aqueous perchlorate electrolytes probed 
by in-situ infrared spectroscopy 
 
Fang Niu
1
, and Andreas Erbe
1,2
 
 
1 Department of Interface Chemistry and Surface Engineering, Max-Planck-Institut für 
Eisenforschung GmbH, Max-Planck-Straße 1, 40237 Düsseldorf, Germany,e-mail: [e-mail] 
2 Department of Materials Science and Engineering, NTNU, Norwegian University of Science and  
 Technology, 7491 Trondheim, Norway 
 
 
Structural  changes  of  the  hydration  shell  of  surfaces  formed  in  aqueous  solutions  are 
essential  to  many  chemical,  physical  and  biological  phenomena.  Attenuated  total  reflection 
infrared (ATR-IR) spectroscopy is a powerful tool to investigate the hydration shells, via their 
vibrational  modes.  Here,  we  present  a  study  of  the  electrode  potential  dependence  of  the  n-
Ge(100)/water interface probed by in situ and operando electrochemical ATR-IR spectroscopy. 
 
Ge  exhibits  a  potential-dependent  transition  from  a  hydroxide  covered  to  hydrogen 
terminated,  hydrophobic  surface  when  the  applied  potential  is  sufficiently  negative  [1].  As  a 
result,  potential-dependent  vibrational  spectra  of  surface  species  and  surface  water  were 
obtained.  Increased  absorbance  from  the  Ge-H  stretching  modes  at  negative  potentials  is 
associated with an increased negative difference absorbance of water-related OH modes. When 
the  termination  transition  of  germanium  from  OH  to  H  termination  occurs,  the  surface 
consequently  switches  from  a  hydrophilic  to  a  hydrophobic  surface.  During  the  reversible 
switching, the interface water molecules are displaced from the surface by a “hydrophobic gap”. 
The gap thickness was experimentally estimated to be ≈(1.9±0.1) Å. The resulting IR spectra of 
the  interfacial  water  in  contact  with  the  hydrophobic  Ge-H  show  an  increased  absorbance  of 
non-hydrogen bound water appearing at 3640 cm
–1
 under lower potentials (–0.59~–0.79 V) and 
a decreased absorbance of strongly hydrogen bound water [2, 3]. Consequently, the existence of 
free OH groups helps to investigate the real time potential dependent dynamics at the Ge/water 
interface. 
 
Fig. 1 The potential-dependent ATR-IR spectra on Ge(100) in Ar-saturated 0.1 M HClO
4
. Spectra were recorded 
in direction of (left) decreasing electrode potentials and (right) increasing electrode potentials. 
 
Keywords: in-situ ATR-IR; Ge/water interface; hydrophobic gap; free OH 
 
Acknowledgment 
This  work  is  supported  by  the  Cluster  of  Excellence  RESOLV  (EXC1069)  funded  by  the  Deutsche 
Forschungsgemeinschaft within the framework of the German Excellence Initiative. The authors acknowledge the 
MPIE  machine  shop  for  building  the  in  situ  experiment  cells,  Petra  Ebbinghaus  for  technical  assistance  and 
Simantini Nayak for helpful discussions. 
 
References  
[1]  S. Nayak and A. Erbe, Phys. Chem. Chem. Phys. 18 (2016) 25100. 
[2]  F. Niu and A. Erbe, OSA Technical Digest (on-line), (2016), paper JW4A.14. 
[3]  F. Niu, R. Schulz, A. Castañeda Medina, R. Schmid, A. Erbe, Phys. Chem. Chem. Phys., submitted.
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
87
T3: O–6 
In situ spectroscopic studies of methane catalytic combustion 
over Co, Ce, and Pd mixed oxides deposited on a steel surface 
 
Przemysław J. Jodłowski
1
, Roman J. Jędrzejczyk
2
, Damian Chlebda
3
, 
Maciej Gierada
1
, and Joanna Łojewska
3
 
 
1 
Faculty of Chemical Engineering and Technology, Cracow University of Technology, Warszawska 
24, 31-155 Kraków, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Malopolska Centre of Biotechnology, Gronostajowa 7A, 30-387 Kraków, Poland 
3 
Jagiellonian University, Faculty of Chemistry, Ingardena 3, 30-060 Kraków, Poland 
  
 
The study deals with the mechanism of methane catalytic combustion over structured cobalt 
catalysts.  The  aim  of  this  study  was  to  correlate  the  information  of  the  catalyst  surface 
intermediates  during  the  methane  combustion  reaction  investigated  by  in  situ  DRIFT 
spectroscopy  and  catalytic  tests.  The  series  of  cobalt  and  cobalt  palldium  nanocomposite 
structured  catalysts  were  obtained  by impregnation  method from  nitrate solutions. Prior to the 
impregnation step, the kanthal steel carriers were precalcined at high temperature and deposited 
with  the  washcoat  layer  of  γ-Al
2
O
3
.  The  catalyst  surface  was  examined  by  XRF  and  in  situ 
μRaman spectroscopy.  
 
The  in  situ  experiments  performed  under  methane  oxidative  and  non-oxidative  conditions 
revealed that methoxy groups, formates/carbonates are active intermediates in methane catalytic 
combustion. The kinetic experiments also revealed that palladium doped cobalt catalyst can be 
considered  as  a  good  alternative  for  noble-based  catalysts.  Based  on  in  situ  experiments  the 
mechanism of methane catalytic combustion over cobalt-palladium doped γ-Al
2
O
3
 was proposed 
(Fig. 1).
 
 
Fig. 1. Reaction mechanism of methane combustion over cobalt palladium-doped catalyst [1]. 
 
 
Keywords: methane combustion; in situ DRIFT; μRaman; reaction mechanism; wire gauze; cobalt oxide 
 
Acknowledgment 
Financial  support  for  this  work  was  provided  by  the  National  Centre  for  Research  and  Development 
LIDER/204/L-6/14/  NCBR/2015  and  partly  within  Polish  National  Science  Centre  –  Project  No. 
2013/09/B/ST8/00171.  The  authors are  also  grateful to  the  Polish  National Science  Centre  –  Project No. 
2015/17/D/ST8/01252 for equipment for DRIFT analysis. 
 
References  
[1]  P.J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, M. Gierada, J. Łojewska, J. Catal. 350 (2017) 1. 

---