Morfologie vrstvy CeO2 narostlé na monokrystalické mědi Cu(111) při různých teplotách, zobrazená pomocí STM.
Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: volná
Anotace:
Heterogenní katalyzátory založené na oxidu céru (ať už čistém, nebo dopovaném kovem) se ukazují jako velmi účinné pro použití v palivových článcích díky své schopnosti katalyzovat rozklad uhlovodíků (např. metanolu nebo etanolu) v procesu přímé konverze na elektrickou energii (tzv. DMFC, direct methanol fuel cell). Reaktivita a selektivita takového katalyzátoru závisí nejen na chemickém složení svrchní vrstvy, ale i na její fyzické a elektronické struktuře. Pomocí změny orientace povrchu, koncentrace defektů nebo způsobu dotování kovovými prvky lze zásadně ovlivnit výsledné vlastnosti katalyzátoru a optimalizovat ho tím pro různé chemické reakce. K tomu je ovšem nutná dobrá znalost jevů, ke kterým dochází na površích katalyzátorů při interakci s molekulami plynů. Navrhovaná bakalářská práce bude prováděna na ultravakuové vícekomorové aparatuře, kombinující metody STM (rastrovací tunelová mikroskopie, tj. studium morfologie a elektronické struktury), TDS (termodesorpční spektroskopie, tj. studium reaktivity), LEED (elektronová difrakce, tj. studium uspořádání povrchu) a několika zařízení pro čištění a definovanou přípravu vzorků.
Těžiště práce bude spočívat v aplikaci metody TDS k přímému měření interakce metanolu a případně dalších uhlovodíků s povrchy vzorků CeO2/Cu a CeO2/Ru, a to jak čistých, tak v kombinaci se vzácnými kovy (Pt, Rh, Au, Pd, …) ve formě nesených nanoklastrů nebo atomárně rozptýleného dopantu. Výsledky experimentů budou analyzovány a interpretovány na základě znalostí, získaných jinými členy našeho týmu pomocí STM v téže aparatuře i pomocí dalších analytických metod používaných v naší skupině.
Studium reaktivity bude v brzké budoucnosti posíleno o zcela novou aparaturu kombinující metody fotoelektronové spektroskopie (XPS; chemická a částečně strukturní analýza), infračervené absorpční spektroskopie (IRAS; informace o povrchových vazbách) a TDS se sofistikovaným zdrojem molekulárních svazků, jejíž konstrukce a následné využití k experimentům by mohly být tématem případné navazující diplomové práci uchazeče.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámení se s experimentální metodou TDS (termodesorpční spektroskopie) a studium související literatury
2. Kontrolní kalibrace kvadrupólového desorpčního spektrometru.
3. Příprava vzorků CeO2/Cu(111) a/nebo CeO2/Ru(0001) s definovanou strukturou
4. Depozice kovových klastrů na připravené povrchy CeO2
5. Expozice připravených vzorků plyny a měření jejich katalytické aktivity metodou TDS
6. Zpracování experimentálních dat
Literatura:
[1] V. Matolín et. al, Methanol adsorption on a CeO2/Cu(111) thin film model catalyst, Surf. Sci. 603 (2009) 1087
[2] F. Šutara et al., Epitaxial growth of continuous CeO2(111) ultra-thin films on Cu(111), Thin Solid Films 516 (2008) 6120
[3] D. R. Mullins, M. D. Robbins, J. Zhou, Adsorption and reaction of methanol on thin-film cerium oxide, Surf. Sci. 600 (2006) 1547
[4] F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons, 1986
[5] J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons, 2000
