Operando studium průmyslově významných chemických reakci na modelových katalyzátorech

Modelové povrchy představují systémy s velmi dobře definovanou strukturou a v ideálním případě s atomárně definovanou morfologií, které umožňují studovat fyzikálně chemické procesy probíhající na jejich povrchu. Modelové katalyzátory se obvykle připravují ve formě epitaxních tenkých vrstev oxidů nebo kovů na vhodných monokrystalických substrátech. Jejich povrchy lze na atomární úrovni cíleně strukturovat či transformovat. Velice často jsou modelovými katalyzátory systémy, kde na povrchu nosiče je katalyticky aktivní materiál dispergován do podoby kovových klastrů o velikosti v řádu nanometrů. Nesené kovové klastry jsou předmětem mnohaletého zájmu řady prestižních vědeckých pracovišť, zejména ty, které obsahují pouze několik málo atomů či jsou na povrchu nosiče dispergovány na jednotlivé atomy a maximalizují tak využití vzácných kovů vystavením každého jednotlivého atomu kovu reaktantům.

Pro vytvoření korelace mezi strukturou a katalytickou výkonností a pro pochopení mechanizmu katalytické reakce na molekulární úrovni je zásadní znalost elektronické a geometrické struktury katalyzátoru na povrchu, v objemu, v podpovrchových oblastech a na rozhraních na atomární úrovni za reakčních podmínek. To je velmi důležitý a náročný úkol, protože se struktura katalyzátoru může komplexně měnit spolu se změnami tlaků reaktantů a teploty katalyzátoru, což zpětně ovlivňuje reakční mechanizmus.
V rámci vypsané práce navrhujeme studovat nanostruktury nesené na CeO2 v in situ/operando podmínkách různých průmyslově významných katalytických reakcí (oxidace CO a těkavých organicky látek, konverze vodního plynu, katalytická transformace metanu a etanu v složitější cenné chemikálie) pomocí jedinečné kombinace dvou nejmodernějších experimentálních technik: vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie (NAP-XPS) a vysokotlaké mikroskopie skenovací sondy (NAP-SPM). Předmětem výzkumu budou nanoklastry Ru, Fe, a Zr které budou studovány před, po, ale také přímo během katalytických reakcí.

Tento projekt si klade za cíl určit úlohu různých aktivních míst na nanostrukturách nesených oxidem ceru při interakci s malými molekulami v provozních podmínkách.

Literatura

1. Operando Research in Heterogeneous Catalysis, J. Frenken, I. Groot (Eds.), Springer International Publishing AG, Leiden, Netherlands, 2017, ISBN: 978-3-319-44439-0.
2. Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy, D. Briggs, J. T. Grant, IMPublications, Chichester, UK and SurfaceSpectra, Manchester, UK, 2003, ISBN: 1‐901019‐04‐7.
3. Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, London, UK, 2002, ISBN: 978-1-86094-299-0.
4. Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, C. J. Chen, 2nd ed. Oxford University Press, 2007, ISBN-13: 9780199211500