Student: Stetsovych Vitalii
Školitel: RNDr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: obhájená
Abstrakt:
Aktivní složkou heterogenních katalyzátorů a chemických senzorů jsou typicky nanočástice vzácného kovu dispergované na mikrostrukturované oxidové matrici pro maximalizaci povrchu [1]. U katalyzátorů založených na bázi tzv. reducibilních oxidů (oxidy schopné vydávat a přijímat kyslík při současné změně oxidačního stavu) není oxid pouhým nosičem kovových nanočástic, ale přímo se účastní chemických reakcí [2]. Pro modelové studie reaktivity reducibilních oxidů byl navržen a realizován koncept tzv. „inverzního modelového katalyzátoru“ [3]. V inverzním uspořádání se studují vlastnosti systémů, ve kterých jsou nanočástice oxidu připraveny na vysoce uspořádaném povrchu kovu. Tím je potlačena reaktivita kovu (kov má minimální povrch) při zachování interakce kov-oxid a chování systému je určeno reaktivitou nesených oxidových nanočástic. Aktivita oxidových nanočástic v některých případech umožňuje navrhovat katalyzátory bez použití vzácných kovů [4].
Cílem vypisované práce je vytvořit experimentální metodiku a provést studie reaktivity oxidových nanočástic ve vybraných inverzních modelových katalyzátorech se vztahem k senzorice a heterogenní katalýze. Základem práce je příprava inverzních modelových katalyzátorů – nanočástic reducibilních oxidů na povrchu kovových monokrystalů. Inverzní modelové katalyzátory budou charakterizovány experimentálnímí metodami fyziky povrchů z hlediska jejich morfologie, elektronové struktury, stechiometrie a oxidačního stavu. Zjištěné charakteristiky inverzních modelových katalyzátorů budou korelovány s výsledky měření reaktivity a selektivity těchto katalyzátorů ve vybraných chemických reakcích jednoduchých i složitějších molekul.
Práce bude probíhat v zavedené pracovní skupině, která má k dispozici široké spektrum experimentálních technik fyziky povrchů od mikroskopie s atomárním rozlišením [5] přes chemicky citlivé spektroskopie [6] až po chemické reaktory. Výzkum je prováděn v úzké spolupráci s výzkumnými skupinami v Německu, Japonsku a USA. Výzkumné pobyty v partnerských skupinách jsou součástí doktorského studia.
Doporučená literatura:
[1] G. Ertl a kol., Handbook of Heterogeneous Catalysis (WILEY-VCH, Německo, 2008).
[2] Inverse oxide/metal catalysts: A versatile approach for activity tests and mechanistic
studies, J. A. Rodríguez, J. Hrbek, Surf. Sci. 604, 241, 2010.
[3] Metal supported oxide nanostructures: model systems for advanced catalysis, J.
Schoiswohl a kol., Topics in Catalysis 46, 137, 2007.
[4] Inverse CeO2/CuO catalyst as an alternative to classical direct configurations for
preferential oxidation of CO in hydrogen-rich stream, A. Hornés, a kol., J. Am. Chem. Soc.
132, 34, 2010.
[5] C. Julian Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press,
USA, 2007).
[6] L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů. Elektronová spektroskopie (Academia, ČR,
1990).
Předpokládané znalosti: Dokončené VŠ studium fyziky (pevné látky).