Školitel: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr.
Stav práce: volná
Anotace:
Nesené kovové klastry obsahující pouze několik málo atomů jsou předmětem mnohaletého zájmu řady prestižních vědeckých pracovišť. Takovéto katalyzátory, speciálně kategorie “single-atom catalysts”, kde na povrchu nosiče je katalyticky aktivní materiál dispergován na jednotlivé atomy, maximalizují využití vzácných kovů vystavením každého jednotlivého atomu kovu reaktantům. Dosud, i přes dosažení významného pokroku v syntéze kovových jednoatomárních katalyzátorů, dobře definovaná příprava jednotlivých atomů nebo kovových dimerů na substrátu s velkou plochou povrchu zůstává velkou výzvou.
Aby nedocházelo k sintrování a deaktivaci jednoatomárních katalyzátorů za reálných reakčních podmínek, je třeba jednotlivé kovové atomy stabilizovat na specifických adsorpčních místech na povrchu substrátu. Např. kombinací fotoelektronové spektroskopie, skenovací tunelové mikroskopie a výpočtů DFT bylo prokázáno, že jednotlivé atomy Pt jsou na dobře definovaných površích oxidu ceru stabilizovány na okrajích monoatomárních schodů v iontové formě [1]. Rovněž bylo prokázáno, že na grafenu dimery Pt2 mohou být připraveny pomocí přístupu bottom-up s použitím metody depozice atomové vrstvy (ALD), a to vytvořením vhodných nukleačních míst pro adsorpci jednoho atomu Pt a následným selektivním připojením sekundárního atomu Pt. Metody skenovací transmisní elektronová mikroskopie, rentgenové absorpční spektroskopie a výpočty DFT naznačují, že dimery Pt2 jsou pravděpodobně v oxidované formě Pt2Ox [2]. V případě reálného katalyzátoru jsme ukázali, že platinou dopovaný oxid ceričitý nanesený na uhlíkovém substrátu vykazuje velmi vysokou disperzi [3] a vysokou reaktivitu pro oxidační reakci vodíku.
Abychom objasnili mechanismus interakce Pt s oxidem ceru a uhlíkovým substrátem, navrhujeme provést modelové studie na dobře definovaných substrátech velmi tenkých vrstev oxidu ceričitého a grafenu, oxidu a nitridu grafenu. Ke studiu bude využita řada pokročilých metody přípravy tenkých vrstev, jako je heteroepitaxe a/nebo technika ALD. Připravené modelové systémy budou charakterizovány in-situ metodami fotoelektronové spektroskopie (UPS, XPS, v operando podmínkách NAP-XPS, včetně synchrotronového záření - SRPES, RPES, NEXAFS), metodou skenovací tunelové mikroskopie včetně operando podmínek (NAP)-STM a difrakcí pomalých elektronů (LEED). Struktura a složení vrstev bude studována ex-situ metodou trasmisní elektronové miktroskopie (TEM, STEM, HRTEM) a přidruženými metodami (EELS, EDX). Vzorky pro TEM (lamely) budou připravovány pomocí techniky FIB-SEM.
Literatura:
1) Dvorak, F; Camellone, MF; Tovt, A; Tran, N-D; Negreiros, FR; Vorokhta, M; Skala, T; Matolinova, I; Myslivecek, J; Matolin, V; Fabris, S Nat. Commun., 7 (Feb): Art. No. 10801 (8 pages), 2016, DOI: 10.1038/ncomms10801
2) H. Yan, Y. Lin, H. Wu, W.H. Zhang, Z.H Sun, H. Cheng, W. Liu, C. L Wang, J.J. Li, X.H. Huang, et al . Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01259-z
3) M, Dubau, J. Lavkova, I. Khalakhan, S. Haviar, V. Potin, V. Matolín, I. Matolínova ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 1213−1218, DOI: 10.1021/am4049546