Školitel: Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: volná
Anotace:
Modelové katalyzátory jsou nanostrukturované systémy s atomárně definovanou morfologií, které se uplatňují při experimentálním studiu fyzikálně chemických procesů v heterogenní katalýze [1]. Modelové katalyzátory se obvykle připravují ve formě epitaxních tenkých vrstev oxidů nebo kovů na vhodných monokrystalických substrátech, pro cílené strukturování modelových katalyzátorů na atomární úrovni se přitom využívají procesy samoorganizace při růstu nebo morfologických transformacích nanostruktur. Modelové katalyzátory se charakterizují mikroskopickými i integrálními metodami fyziky povrchů, které poskytují cenné informace o vztazích mezi morfologií a reaktivitou důležité pro vývoj efektivnějších heterogenních katalyzátorů [2].
Vypisovaná práce reaguje na aktuální rozvoj experimentálních technik fyziky povrchů, které kromě standardních měření v podmínkách vysokého vakua nově umožňují měření za tlaku reaktantů v řádu jednotek Pa – tzv. „operando“ experimenty. Této situaci je potřeba přizpůsobit i vývoj modelových katalyzátorů – modelové katalyzátory pro operando experimenty by nově měly vykazovat atomárně definovanou morfologii i při zvýšených tlacích reaktantů. Cílem této práce je vývoj modelových katalyzátorů pro operando experimenty v katalýze pro energetiku na bázi vodíku (palivové články, elektrolýza vody) a provádění souvisejících operando experimentů. Práce navazuje na úspěšné klasické modelové studie prováděné v naší skupině [3]–[5] a má potenciál přinášet nové důležité poznatky o funkci katalyzátorů pro palivové články a elektrolyzéry v reálných podmínkách.
Práce bude probíhat v zavedené pracovní skupině, která má k dispozici široké spektrum experimentálních technik fyziky povrchů od mikroskopie s atomárním rozlišením [6] přes chemicky citlivé spektroskopie [7] až po chemické reaktory, včetně modifikací těchto technik pro operando studie. Výzkum je prováděn v úzké spolupráci s výzkumnými skupinami v Německu, Japonsku a USA. Výzkumné pobyty v partnerských laboratořích jsou součástí doktorského studia.
Doporučená literatura:
[1] G. Ertl, H. Knözinger, F. Schüth, and J. Weitkamp, Eds., Handbook of Heterogeneous Catalysis. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008.
[2] G. Prieto and F. Schüth, “Bridging the gap between insightful simplicity and successful complexity: From fundamental studies on model systems to technical catalysts,” J. Catal., vol. 328, p. 59, 2015, doi:10.1016/j.jcat.2014.12.009.
[3] F. Dvořák et al., “Adjusting Morphology and Surface Reduction of CeO2(111) Thin Films on Cu(111),” J. Phys. Chem. C, vol. 115, p. 7496, 2011, doi:10.1021/jp1121646.
[4] F. Dvořák et al.,” Nat. Commun., vol. 7, p. 10801, 2016, doi:10.1038/ncomms10801.
[5] Y. Lykhach et al., “Counting electrons on supported nanoparticles,” Nat. Mater., vol. 15, p. 284, 2016, doi:10.1038/nmat4500.
[6] C. J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, 2nd ed. Oxford University Press, 2007.
[7] C. S. Fadley, “X-ray photoelectron spectroscopy: Progress and perspectives,” J. Electron Spectros. Relat. Phenomena, vol. 178–179, p. 2, 2010, doi:10.1016/j.elspec.2010.01.006.