Student: Rafaj Zdeněk
Školitel: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr.
Stav práce: zadaná
Anotace:
Systémy kov – oxid nacházejí široké uplatnění v heterogenní katalýze v praxi i v základním výzkumu. Reaktivitu těchto katalyzátorů ovlivňuje interakce podložky s aktivním kovem, která bývá silně závislá na oxidačním stupni podložky. Aktivní podložkou rozumíme takovou, která podporuje reakci například tak, že uvolňuje kyslík potřebný pro katalytickou oxidaci (například CeOx a oxidace CO). Proces katalytické reakce je potom komplikovaný,
Katalytické vlastnosti oxidu ceru obohaceného přechodovými kovy jsou široce využívány v praxi a současně studovány pro optimalizaci chemických reakcí i pro porozumění jejich mechanizmu. Vlastnosti připravených systémů ovlivňuje interakce obou složek, oxidační stupeň podložky (oxidu ceru) a morfologické i chemické vlastnosti přidaného kovu. Oxid ceru patří mezi takzvané aktivní podložky, což znamená, že sám podporuje reakci. Děje se to že uvolňováním kyslíku pro ni potřebného. Proces katalytické reakce je potom komplikovaný, protože s nižším oxidačním stupněm podložky může být rychlost reakce nedostatkem kyslíku snížena, na druhé straně ale kyslíkové vakance představují adsorpční pozice s vysokou aktivitou. Přechodový kov na povrchy představuje aktivní centra reakce, zatímco v objemu oxidu ceru ovlivňuje difúzi kyslíku k povrchu. Jedná se tedy o komplexní proces, který je zajímavý z hlediska vědeckého, ale má i značný význam v praxi.
Ve vypsané disertační práci budeme pokračovat ve výzkumu prováděném ve skupině povrchů na KFPP, který se týká reaktivity heterogenních katalyzátorů tvořených vrstvami aktivních kovů (Rh, případně Pd, Pt atd.) deponovaných fyzikálními metodami (napařování, naprašování). Podařilo se najít podmínky pro přípravu orientovaných vrstev oxidu ceru - orientace (111) a (110). S těmito vrstvami je možno provádět modelové studie reaktivity v závislosti na jejich orientaci a elektronové struktuře a porovnávat je s chováním systémů bližších praxi, například polykrystalickými vrstvami oxidu ceru připravených magnetronovým naprašováním. Studovanými modelovými reakcemi budou hlavně katalytická oxidace CO, případně reakce WGS (Water Gas Shift) a interakce s metanolem. Téma práce bude řešeno experimentálně. Využijeme metody XPS a SRPES pro sledování složení a systému, jeho chemického stavu a elektronové struktury, které jsou pro reaktivitu určující. Metodou LEED budem sledovat povrchovou orientaci vzorků. Reaktivitu a interakci molekul plynu s povrchem budeme zkoumat pomocí metody Termodesorpční spektroskopie a Molekulární svazky. Aparatura je vybavena komplexním rozvodem plynů, kde krom běžných plynů využíváme i plyny izotopicky značkované (29CO, 31CO, 18O). Proto můžeme sledovat výměnu molekul v studovaném systému při reakcích, odlišit reakce, které se dějí na jeho povrchu a v objemu a vysvětlit tak lépe děje, ke kterým dochází.