Structural and Morphological Characterization of Alumina Supported Pd Nanoparticles Obtained by Colloidal Synthesis
Caractérisation de la morphologie et de la structure de nanoparticules de Pd issues de synthèses colloïdales supportées sur alumine
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Airbus France, 316, route de Bayonne, 31060 Toulouse - France
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Institut Français du Pétrole, IFP, 1-4, avenue de Bois-Préau 92852 Rueil-Malmaison Cedex - France
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Institut Français du Pétrole, IFP-Lyon, BP3, 69390 Vernaison - France, email: marta.ramos-fernandez@airbus.com, laurent.normand@ifp.fr, loic.sorbier@ifp.fr
Alumina supported Palladium nanoparticles catalysts have been prepared by colloidal synthesis. The characterization of the structure and the morphology of the obtained nanoparticles is done by a two step procedure. In a first step, the possible morphologies of the particles are derived from physical principles. High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) images and X-Ray Diffraction (XRD) diagrams are simulated. Simulations allows us to evaluate the limits of both methods to characterize such samples. We show that HRTEM is able to distinguish between the possible morphologies but is not sufficient to characterize vacancies or surface defects. We demonstrate that XRD is a good complementary technique, able also to obtain information about structure, morphology and size even for such small objects. In a second step, simulations are compared with experimental results. We show that two modes of synthesis, acidic and basic, lead to the same structure and morphology of nanoparticles. PdO nanoparticles present an octahedral shape close to 2 nm. The metallic Pd nanoparticles are always observed as cuboctahedra close to 2 nm. This same structure for both modes of synthesis cannot explain the differences of catalytic activity observed in the literature [Didillon B. et al. (1998) Stud. Surf. Sci. Catal., 118, 41-54]. The aggregation state of the individual synthesized particles is thus introduced to account for the differences in the catalytic performance.
Résumé
Des catalyseurs formés par des nanoparticules de palladium supportées sur alumine ont été synthétisés par voie colloïdale. La caractérisation de la structure et de la morphologie des nanoparticules obtenues est effectuée en deux temps. Nous déterminons dans un premier temps les formes possibles à partir de principes physiques. Des images en microscopie électronique en transmission haute résolution et des diffractogrammes de rayons X sont simulés pour les différentes morphologies. Ces simulations nous permettent d'évaluer les limites de ces deux techniques appliquées à ce type d'échantillon. Nous montrons que la microscopie permet de distinguer les différentes morphologies possibles mais qu'elle n'est pas adaptée pour caractériser des lacunes ou des défauts de surface. Nous démontrons que la diffraction des rayons X est une technique très complémentaire également capable d'obtenir des informations sur la structure, la morphologie et la taille même pour d'aussi petits objets. Dans un deuxième temps, les simulations sont comparées aux résultats expérimentaux. Nous montrons ainsi que les deux voies de synthèse, acide et basique, mènent à la même structure et morphologie des nanoparticules. Les nanoparticules de PdO présentent une forme d'octaèdre d'environ 2 nm. Les particules de Pd métalliques sont toujours observées sous forme de cuboctaèdre d'environ 2 nm. La structure identique obtenue pour les deux voies de synthèse ne permet pas d'expliquer les différences d'activité catalytique reportées dans la littérature [Didillon B. et al. (1998) Stud. Surf. Sci. Catal., 118, 41-54]. L'état d'agrégation des particules individuelles est alors avancé pour expliquer les différences de performances catalytiques.
© IFP, 2007