Charakterizace katalytických míst nových nanovrstevných zeolitů

• Thesis title in Czech: Charakterizace katalytických míst nových nanovrstevných zeolitů
• Thesis title in English: Characterization of catalytic sites of novel nanolayered zeolites
• Key words: zeolit, katalytická místa, NMR spektroskopie
• English key words: zeolite, catalytic sites, NMR spectroscopy
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: diploma thesis
• Department: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
• Supervisor: doc. RNDr. Jan Lang, Ph.D.

Guidelines

Předmětem práce je charakterizace nových modifikací zeolitů, které obsahují nanovrstvy mikroporézní zeolitové mříže. Charakterizace zeolitu pomocí NMR spektroskopie zahrnuje především interpretaci 1H, 27Al a 29Si NMR spekter v pevné fázi a aplikaci pokročilých technik jako 2D heterokorelovaná spektra apod. Zeolit obsahuje kyselá katalytická místa, na nichž potom probíhá příslušná katalytická reakce. Míru kyselosti a typ těchto míst (Bronstedova vs. Lewisova kyselost) je možné stanovit pomocí adsorbce vhodné malé molekuly,typicky (CH3)2PO. Počet a typ míst lze potom zjistit analýzou 31P spekter molekul adsorbovaných v jednotlivých katalytických místech.

Práce má převážně experimentální charakter a bude prováděna především v laboratořích KFNT MFF UK, projekt probíhá ve spolupráci s chemiky z KFMCH PřF.

1) Literární rešerše a teoretické zvládnutí metodiky nukleární magnetické rezonance.
2) Seznámení se spektrometrem NMR, základy jeho ovládání.
3) Provedení kalibračních měření.
4) Provedení základních měření na sadě příbuzných vzorků, zpracování spekter, jejich interpretace.
5) Pokročilé NMR experimenty.
6) Charakterizace katalytických míst.
7) Sepsání diplomové práce.

References

Literatura
1) M. H. Levitt: Spin Dynamics; Basics of Nuclear Magnetic Resonance, John Wiley & Sons, Chichester, 2001.
2) Xu J., Wang Q, Li S, Deng F.: Solid-State NMR in Zeolite Catalysis, Springer, Singapore, 2019.
3) vybrané články z odborných periodik.

Preliminary scope of work

Zeolity jsou krystalické látky složené ze směsných oxidů křemíku a hliníku, které obsahují mikropóry. Různé syntetické postupy vedou k celé řadě materiálů s různou strukturou a morfologií. Používají se zejména jako katalyzátory chemických reakcí, protože ve svých pórech obsahují koncové hydroxylové skupiny či oxidové kyslíky schopné vázat jiné molekuly. Díky těmto vazbám dochází ke katalýze. Účinek závisí na míře kyselosti daných míst, na jejich koncentraci a na jejich přístupnosti pro danou reagující molekulu. Pro zvýšení přístupnosti se navrhuji nanovrstevné zeolity, ve kterých jsou jednotlivé katalytické vrstvy odděleny určitou mezerou, která zlepšuje přístupnost mikropórů s katalytickými místy. NMR spektroskopie bude využita k jejich charakterizace vedle dalších metod jako jsou rentgenová krystalografie, infračervené spektroskopie, atd.

Preliminary scope of work in English

Zeolites are crystalline materials composed of mixed oxides of silicon and aluminium, which contain micropores. Various synthetic approaches lead to many materials with different structure and morphology. They are employed especially as catalysts of chemical reactions, because they involve dangling hydroxylic groups or oxide oxygens capable to bind other molecules. Catalysis takes place due to these bonds. The yield depends upon acidity of the catalytic sites, on their concentration and on their accessibility for the reacting molecules. In order to enhance the accessibility, the novel nanolayered zeolites have been designed, in which individual catalytic layers are separated by a gap facilitating better accessibility of the micropores containing the catalytic sites. NMR spectroscopy will be utilized for their characterization in concert with other methods such as X-ray crystallography, infrared spectroscopy, etc.