Student: Miroslav Kettner
Supervisor: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr.
Stav práce:
Abstract:
Adsorpce plynů na povrchu pevné látky je prvním krokem heterogenní katalýzy (reakce, kdy katalyzátor je v jiné fázi než reagující složky). V minulosti vzniklo a dosud stále vzniká mnoho teoretických i experimentálních prací, aby byl mechanizmus adsorpce vysvětlen. Získané poznatky jsou v praxi využívány při přípravě reálných katalyzátorů, které nacházejí uplatnění například v chemickém a automobilovém průmyslu.
Jako katalyzátory jsou nejčastěji používány přechodové kovy nesené na podložce tvořené oxidem jiného kovu. V současnosti se stále více využívá systémů, kdy kov je deponován na aktivní podložce, tedy takové, která sama probíhající reakci ovlivní.
Podložka může uvolňovat kyslík a tím pomáhat reakci (například oxidace CO v detoxikačních katalyzátorech ve výfuku automobilu – „three way catalysts“). Dále může nastat bimetalická interakce mezi atomy depozitu a redukovanými atomy podložky, přenos náboje mezi depozitem a podložkou a další jevy, které reaktivitu systému ovlivňují.
Tyto efekty ovlivňují elektronovou strukturu (energie elektronů, jejich koncentrace, tvar valenčního pásu) systémů kov – podložka a proto můžeme většinu z nich studovat metodami elektronové spektroskopie. Vliv těchto efektů na interakci plynů s povrchem můžeme sledovat metodou Termodesorpční spektroskopie (TDS) a Molekulárních svazků (MB).
V navrhované bakalářské práci bude napařena kovová vrstva (např. Rh, Pd, Cu, Ni, Ti, Sn, V, Ga) na podložku (například Al2O3, SnO2, CeO2, TiO2). Vzniklý systém bude potom exponován molekulárním svazkem plynů (CO, O2, H2O) a z intenzity registrovaného odraženého svazku molekul a jeho závislosti na čase bude určován mechanizmus adsorpce plynu na povrchu (metoda MB). Následně bude vzorek zahříván a z teplotní závislosti intenzity proudu molekul, které z povrchu desorbují (termodesorpční spektrum), bude určováno množství molekul na povrchu adsorbovaných a aktivační energie desorpce (metoda TDS). Tím jsou určeny základní parametry adsorpce, které mohou být využity k určení vlastností zkoumaného systému a jeho vhodnosti pro využití v heterogenní katalýze.
Složení a stav připravené vrstvy bude sledováno v průběhu experimentu metodou Rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS).
Zásady pro vypracování
1) Teoretická část: Seznámit se s přípravou aktivních povrchů – napařování kovových vrstev ve vakuu a jejich charakteristikou - určení složení připravené vrstvy metodou Rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS). Seznámit se s metodami studia adsorpce plynů metodou Molekulárních svazků (MB) a Termodesorpční spektroskopie (TDS).
2) Praktická část: Připravit tenkou kovovou vrstvu skládající se z vybraného kovu deponovaného na oxidické podložce a charakterizovat ji pomocí metody XPS (množství deponovaného kovu a jeho chemický stav). Provést adsorpce vybraného plynu (CO, O2, H2O) a sledovat adsorpční vlastnosti povrchu metodami TDS a MB.
3) Zpracování: Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literaratura
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992.
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345.
3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990.
4) Tatiana Zahoranová, Studium růstu bimetalických vrstev metodou XPS, bakalářská práce, KFPP MFF UK Praha, 2007.
5) Klára Ševčíková, Adsorpce molekul plynů na bimetalických systémech, Bakalářská práce, KFPP MFF UK Praha, 2008.