New zeolite catalysts with engineered active sites

• Název práce v češtině: Nové zeolitové katalyzátory s řízenými aktivními centry
• Název v anglickém jazyce: New zeolite catalysts with engineered active sites
• Klíčová slova: Zeolity, hydrotermální krystalizace, izomorfní substituce, heterogenní katalýza, aktivní místa
• Klíčová slova anglicky: Zeolites, hydrothermal crystallization, isomorphic substitution, heterogeneous catalysis, active sites
• Akademický rok vypsání: 2022/2023
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
• Vedoucí / školitel: doc. Mariya Shamzhy, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 06.10.2022
• Datum zadání: 10.10.2022
• Konzultanti: doc. Maksym Opanasenko, CSc.

Zásady pro vypracování

Zeolites and Molecular Sieves [MC260P90]
Physical Chemistry for International Students I [MC260P132]
Physical Chemistry for International Students II [MC260P133]
Fundamentals of Catalysis [MC260P137]
Catalysis in Practice [MC260P138]

Scientific Oral Presentations [MC280P84]
Scientific Writing [MC280P85]

Seznam odborné literatury

J. Čejka, R.E. Morris, P. Nachtigall 'Zeolites in Catalysis', RSC (2017)
P.W. Atkins, J. de Paula: Atkins' Physical Chemistry, 8th Edition, W. H. Freeman and Company, New York, (2006)
J. M. Thomas, W. J. Thomas 'Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis', 2nd Edition, Wiley-VCH (2015)

Předběžná náplň práce

Zeolity jsou důležité pevné kyselé katalyzátory s modifikovatelným chemickým složením, které umožňuje řídit vlastnosti kyselých míst na nanometrové úrovni (např., jejich typ/sílu/koncentraci) a do určité míry vyladit katalyzátor pro konkrétní katalytický proces.
Dostupné syntetické metody však stále nejsou schopny řídit struktury kyselých míst na subnanometrové úrovni, což omezuje další nastavení katalytické chemie zeolitů.
Tento doktorandský projekt si klade za cíl vyvinut metodu syntézy pro inženýrství klíčových sub-nm parametrů aktivních míst v zeolitových katalyzátorech izomorfní substitucí.
Student bude mít na starosti vývoj post-syntetické izomorfní substituce pro začlenění atomů různých kovů (např. AI, Ti, Sn a Zr) do specifických pozic v rámci zeolitu při řízení jejich umístění v definovaných mikropórech.
Charakterizace struktury kyselých center pomocí difrakčních, spektroskopických a mikroskopických metod bude doplněna katalytickým testováním připravených zeolitů v kysele katalyzovaných modelových reakcích (např. dehydratace alkoholů, epoxidace alkenů, izomerace organických sloučenin) pro pochopení vztahu mezi jejich vlastnostmi a katalytickou chemie.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Zeolites are important shape-selective solid acid catalysts. The modifyable chemical composition of zeolites allows us to control the properties of their acid sites at a “nanoscale” level (e.g., their nature/strength/concentration) and to adapt a zeolite catalyst to some extent for a specific application. However, currently available synthetic tools are still unable to control the acid site structures at the subnanometer level, thus limiting further fine-tuning of the catalytic chemistry of zeolites.

This PhD project aims at establishing a synthesis method for engineering of key sub-nm parameters of active sites in zeolite frameworks by isomorphic substitution.

Specifically, the student will develop a post-synthesis isomorphic substitution method to incorporate atoms of different metals (e.g., Al, Ti, Sn, and Zr) into specific positions within a zeolite framework while controlling their location in defined micropores.
Characterization of the acid-site structures using diffraction, spectroscopic, and microscopic methods will be supplemented by catalytic testing of engineered zeolites in acid-catalyzed model reactions (e.g., dehydration of alcohols, epoxidation of alkenes, isomerization of organic compounds) to understand structure-properties relationships.