Operando vhled do povrchové chemie nanostrukturovaných katalyzátorů

Heterogenní katalyzátory procházejí za pracovních podmínek strukturálními a chemickými změnami. K zachycení těchto změn se obvykle provádí analýza vzorku před a po chemické reakci. Důležité strukturní a chemické vlastnosti katalyzátorů odpovědné za jejich vysokou účinnost jsou však velmi často přítomny pouze za provozních podmínek. V souladu s tím má velký význam použití technik in-situ/operando, které nám poskytují cenné informace o vrstvě katalyzátoru za provozních podmínek. Rentgenová fotoelektronová spektroskopie za vysokého tlaku (NAP-XPS) je výkonná technika, která umožňuje chemické zkoumání různých vrstev katalyzátoru v přítomnosti plynů a par a poskytuje informace o oxidačním stavu katalyzátoru a reakčních meziproduktech, které se objevují na povrchu.

Disertační práce se zaměří na operando výzkum různých katalytických vrstev relevantních pro palivové články s protonově vodivou membránou (PEMFC) a katalytické senzory plynu. Katalyzátory na bázi oxidu ceričitého dopovaného kovy vzácných zemin budou studovány metodou NAP-XPS jako slibné vysoce aktivní anodové katalyzátory PEMFC. Budou taky zváženy a zkoumány různé bimetalické katalyzátory na bázi platiny pro katodovu stranu. Podstatná část práce bude věnována stanovení katalytických procesů odpovědných za odezvu senzorů plynu na bázi oxidu kovu během detekce různých těkavých organických sloučenin. Spolu s technikou NAP-XPS se v této práci plánuje použití dalších výkonných technik umožňujících charakterizaci struktury a povrchů materiálů, jako je transmisní elektronová mikroskopie (TEM) a fotoelektronová spektroskopie synchrotronového záření (SRPES).

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. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research, Y. Wang, K. Chen, J. Mishler, S. Chan Cho, X, Cordobes Adroher, Applied Energy 88 (2011) 981–1007.
5. SnO2 Gas Sensor. Y. Shimizu, Encyclopedia of Applied Electrochemistry (2014). Springer, New York, NY