Studium interakce plynů s povrchy heterogenních katalyzátorů metodou infračervené reflexně-absorpční spektroskopie

Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: volná

Anotace:

Ve skupině fyziky povrchů se v současné době řeší řada témat spojených především s heterogenní katalýzou na modelových systémech, např. kovových monokrystalech, tenkých vrstvách kovů nebo oxidů (vakuově napařovaných nebo magnetoronově napařovaných), nesených nanoklastrech, slitinách apod. Stávající přístrojové vybavení skupiny umožňuje detailní mikroskopickou i spektroskopickou analýzu vzorků jak v oboru velmi vysokého vakua, tak i za reálných podmínek vysokého tlaku. K těmto zařízením přibyde v letošním roce (2011) metoda infračervené reflexně-absorpční spektroskopie (RAIRS), která v reálném čase (např. přímo v průběhu chemické reakce na povrchu katalyzátoru) poskytuje přímou informaci o stavu zkoumaného povrchu, např. o typu, koncentraci, orientaci, poloze a vzájemné interakci adsorbovaných molekul.

Navrhovaná bakalářská práce bude prováděna na novém špičkovém IR spektrometru (od firmy Bruker) s využitím interní vakuové komory a automatizovaného ohřevu vzorků a řízeného napouštění čistých plynů. Řešitel se zapojí do spolupráce na některém z aktuálních témat skupiny fyziky povrchů, u nichž v současné době dostupné metody neposkytují dostatek informace k interpretaci adsorpčních a chemických jevů, ke kterým dochází na površích zkoumaných katalyzátorů.

Pořízení IR spektrometru je součástí většího projektu, během něhož bude vybudována ultravakuová komora ke studiu materiálů metodou molekulárních svazků, vybavená kromě RAIRS metodami hmotové spektrometrie (QMS), fotoelektronové spektroskopie (XPS), termodesorpční spetroskopie (TDS) a elektronové difrakce (LEED). Uchazeč bude mít možnost účastnit se na pokračování tohoto projektu v rámci své diplomové práce.

Obr. 1: IR Spektrometr Bruker Vertex 70.

Obr. 2: Příklad RAIRS experimentu – časový a teplotní vývoj obsazení povrchu Pd nanočástic nesených na Al2O3 oxidem dusnatým (NO).

Zásady pro vypracování:
1. Seznámení se s experimentální metodou RAIRS (infračervené reflexně-absorpční spektroskopie) a se spektrometrem Bruker Vertex 70v, studium související literatury.
2. Účast na zprovoznění a kalibraci spektrometru.
3. Účast na přípravě vzorků s definovanou strukturou.
4. Studium interakce připravených vzorků s vybranými plyny a jejich vzájemných reakcí.
5. Zpracování experimentálních dat.

Literatura:
[1] Y. J. Chabal, Surface Infrared Spectroscopy, Surface Science Reports 8 (1988) 211-357.
[2] P. Hollins, The influence of surface defects on the infrared spectra of adsorbed species, Surface Science Reports 16 (1992) 51-94.
[3] M. Trenary, Reflection Absorption Infrared Spectroscopy and the Structure of Molecular Adsorbates on Metal Surfaces, Annu. Rev. Phys. Chem. 51 (2000) 381–403.
[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.