Iontové katalyzátory pro životní prostředí

Student: Peter Kúš
Vedoucí: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Konzultant: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr.
Stav práce: obhájená

Abstrakt:

Nanotechnologie hrají významnou roli v hledání obnovitelných zdrojů energie a odstraňování škodlivin z atmosféry. Jednou z cest je konverze CO a vody na vodík a jeho přeměna na elektrickou energii v palivových článcích, nebo nízkoteplotní oxidace CO. Stále vyšší nároky na regulaci emisí vedou k nutnosti hledat nové typy katalyticky aktivních materiálů. V poslední době se ukazuje jako velmi perspektivní využít aktivity kationtů zlata nebo platiny dispergovaných v nanostrukturních oxidech titanu, železa nebo ceru.

Nanokrystalická fáze Ce_2-xAu(Pt)_xO_2-delta (delta~x)připravená magnetronovým naprašováním [1,2] na aktivní substráty, jako například uhlíkové nanotrubky (CNTs), je studována v poslední době na našem pracovišti v souvislosti s vysokou katalytickou aktivitou iontů vzácných kovů [3,4]. Zlaté atomy a nanoklastry rozptýlené v kubické struktuře CeO₂ nebo na hranicích zrn se vyskytují ve stavech Au^0,1+,3+. Naše poslední výzkumy jasně ukazují, že v případě Ce_2-xPt_xO_2-delta (delta~x) je výskyt iontové platiny Pt^2+,4+ zásadní měrou ovlivněn interakcí s uhlíkem, viz obrázek, která je zprostředkována přenosem náboje Pt⁴⁺ + 2e^- → Pt²⁺.

Obr.: Obrázek struktury vrstvy Ce_2-xAu_xO_2-delta v SEM: vrstva na CNT (vlevo) a na grafitové fólii (vpravo).

Cíle bakalářské práce budou následující:
1. Studium závislosti výskytu iontového zlata na interakci s uhlíkem v CNTs, v grafénových vrstvách a ve vysoce orientovaném pyrolytickém grafitu (HOPG).
2. Studium vlivu parametrů přípravy a interakce se substrátem na morfologii aktivních vrstev.
3. Studium aktivity katalyzátorů Ce_2-xAu_xO_2-delta pro nízkoteplotní oxidaci CO.

Reaktivita bude měřena v prototypu mikroreaktoru vybaveném digitální regulací teploty a složení plynů s detekcí plynů hmotnostním spektrometrem. Fyzikálně chemické vlastnosti budou studovány metodami analýzy povrchů, především fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a řádkovací elektronové mikroskopie (SEM).

Dílčí úkoly:
Bibliografická rešerše.
Seznámení se s konstrukcí a principem mikroreraktoru.
Zvládnuti základních funkcí ovládání řádkovacího elektronového mikroskopu.
Vyhodnocení výsledků.

Literatura
[1] V. Matolín, „Katalyzátor na bázi kov-CeO2 pro použití v palivových článcích“, Patent 301720, 22.4.2010.
[2] V. Matolín, M. Cabala, I. Matolínová, M. Škoda, J. Libra, M Václavů, K. C. Prince, T. Skála, H. Yoshikawa, Y. Yamashita, S. Ueda, K. Kobayashi, Au+ and Au3+ ions in CeO2 rf-sputtered thin films, J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 115301.
[3] M. S. Hedge, G. Madras, K. C. Patil, Noble Metal Ionic Catalysts, Acc. Chem. Res. 42 (2009) 704.
[4] Q. Fu, H. Saltsburg, and M. Flytzani-Stephanopoulos, Science 2003, 301, 935.