Design katalyzátorů kombinovanou strukturní a chemickou modifikací labilních zeolitů
| Název práce v češtině: | Design of the catalysts by concerted structural and chemical modification of labile zeolites |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Design katalyzátorů kombinovanou strukturní a chemickou modifikací labilních zeolitů |
| Klíčová slova: | zeolity; katalyzátory; ADOR |
| Klíčová slova anglicky: | zeolites; catalysts; ADOR |
| Akademický rok vypsání: | 2022/2023 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260) |
| Vedoucí / školitel: | doc. Maksym Opanasenko, CSc. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 01.03.2023 |
| Datum zadání: | 02.03.2023 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 02.03.2023 |
| Konzultanti: | doc. Mariya Shamzhy, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| Zeolites and Molecular Sieves [MC260P90]
Physical Chemistry for International Students I [MC260P132] Physical Chemistry for International Students II [MC260P133] Scientific Oral Presentations [MC280P84] |
| 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 |
| Řízená syntéza zeolitů je předmětem zájmu jak základní, tak aplikované chemie, protože zeolity jsou klíčovými materiály pro studium a využití při adsorpci a katalýze. Metoda ADOR využívá chemické slabosti existujících anizotropních struktur pro syntézu nových zeolitů s regulovanou strukturou. Potenciál ADOR strategie pro generování katalytických materiálů je však omezen na specifický typ anizotropie mateřské kostry, tedy přítomnost labilních spojovacích jednotek mezi stabilními vrstvami.
Tento Ph.D. projekt se zaměřuje na návrh, přípravu a katalytické hodnocení materiálů pomocí syntetických přístupů nad rámec klasického ADOR. Využití struktur složených ze stabilních „drátů“ nebo „izolovaných ostrůvků“ spojených přes labilní jednotky i klasických struktur složených ze stabilních „vrstev“ a labilních jednotek umožní vícerozměrnou modifikaci zeolitové mřížky. Připravené materiály budou obsahovat prvky specifické funkčnosti (Ti, Sn, Zr a Hf), které jsou vhodné pro aktivaci reaktantů v acidobazických a redox reakcích. Vzhledem k rozdílům ve strukturních parametrech jsou cílené materiály považovány za perspektivní tvarově selektivní katalyzátory pro studium epoxidace nenasycených lineárních nebo cyklických uhlovodíků, izomerace sacharózy na hydroxymethylfurfural a transformace furfurylalkoholu na γ-valerolakton mimo jiné. Vztah katalytického výsledku s charakteristikami materiálů v rámci jedné izoretikulární rodiny a vzájemné srovnání různých skupin nám umožní stanovit kyselé a strukturní parametry klíčové pro vysokou výkonnost a selektivitu zeolitu. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Controllable zeolite synthesis is a matter of interest for both fundamental and applied chemistry because zeolites are key materials for study and utilization in the adsorption and catalysis. ADOR method uses the chemical weakness of existing anisotropic frameworks for the synthesis of new zeolites with regulated structures. However, the potential of ADOR strategy for the generation of catalytic materials is limited to specific type of anisotropy of a parent framework, that is the presence of labile connecting units between stable layers.
This Ph.D. project focuses on the design, preparation and catalytic evaluation of zeolite catalysts using synthesis approaches beyond the classical ADOR. Utilization of the structures composed of stable "wires" or "isolated islands" connected via labile units as well as the classical frameworks composed of stable "layers" and labile units will allow multidimensional modification of the zeolite lattice. The prepared materials will contain elements of specific functionality (Ti, Sn, Zr, and Hf), which are suitable for activating the reactants in acid-base and red-ox reactions. Due to the variation in structural parameters, targeted materials are considered prospective shape-selective catalysts for study in epoxidation of unsaturated linear or cyclic hydrocarbons, isomerization of sucrose to hydroxymethylfurfural, and transformation of furfuryl alcohol to γ-valerolactone among others. Relation of catalytic outcome with characteristics of materials within a single isoreticular family and comparison of different families with each other will allow us to establish acidic and structural parameters crucial for high performance and selectivity of a zeolite. |