Pore-selective placement of acid sites in zeolite catalysts: synthesis and characterization

• Thesis title in Czech: Pórově selektivní umístění kyselých center v zeolitových katalyzátorech: syntéza a charakterizace
• Thesis title in English: Pore-selective placement of acid sites in zeolite catalysts: synthesis and characterization
• Key words: Zeolity, kyselá místa, hydrotermální krystalizace, izomorfní substituce
• English key words: zeolites, acid sites, hydrothermal crystallization, isomorphous substitution
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: doc. Mariya Shamzhy, Ph.D.
• Advisors: Ing. Jan Přech, Ph.D.

Guidelines

Zeolity a molekulová síta (MC260P90)
Základy katalýzy (MC260P137)
Katalýza v praxi (MC260P138)
Dovednosti prezentace vědeckých výsledků (MC280P84)
Zásady psaní a vědeckých textů (MC280P85)

References

1. J. Čejka, R. Morris, P. Nachtigall - Zeolites in Catalysis, RSC 2017
2. M. Shamzhy. Současné úspěchy v návrhu zeolitových katalyzátorů. Chem. Listy 117, 407–418 (2023)
3. M. Shamzhy et al. New trends in tailoring active sites in zeolite-based catalysts. Chem.Soc.Rev.,2019, 48, 1095
4. S. Bordiga et al. Probing zeolites by vibrational spectroscopies. Chem. Soc. Rev., 2015,44, 7262-7341

Preliminary scope of work

Zeolity jsou porézní krystalické kyselé katalyzátory, které se běžně používají v různých procesech v petrochemickém průmyslu a mají vysoký potenciál pro nové katalytické aplikace. Jedinečnou vlastností zeolitových katalyzátorů je jejich mikroporézní struktura a s tím související tvarová selektivita, kterou zeolitové katalyzátory vykazují během katalytických reakcí. Protože póry zeolitů mají přesně definované rozměry, které se pohybují v měřítku kinetických průměrů malých organických molekul, může optimalizovaný katalyzátor selektivně interagovat pouze s molekulami vhodných rozměrů, a proto také selektivně vytvářet pouze požadovaný produkt. Na rozdíl od běžně používaných hlinitokřemičitanových zeolitů jsou tvarově selektivní zeolity substituované čtyřmocnými prvky s Lewisovou kyselostí stále v raných fázích výzkumu. Tento projekt je zaměřen na screening různých strategií syntézy pro pórově selektivní začlenění Lewisových kyselých center do zeolitových katalyzátorů. Pracovní postup projektu zahrnuje dvě vzájemně propojené činnosti: 1) studium postsyntézní metalizace a blokování pórů s modelovými hlinitokřemičitanovými zeolity s jednorozměrným systémem pórů o specifické velikosti; 2) komplexní charakterizace syntetizovaných zeolitů obsahujících čtyřmocné prvky pomocí rentgenové difrakce, fyzisorpce dusíku, chemické analýzy, UV-Vis spektroskopie a IČ spektroskopie testovaných molekul se systematicky proměnnými velikostmi (např. substituované acetonitrily).

Preliminary scope of work in English

Zeolites are microporous crystalline acid catalysts that are commonly used in various processes in the petrochemical industry and have high potential for new catalytic applications. A unique feature of zeolite catalysts is their microporous structure and the associated shape selectivity that zeolite catalysts exhibit during catalytic reactions. Because the pores of zeolites have well-defined dimensions that are on the scale of the kinetic diameters of small organic molecules, an optimized catalyst can selectively interact only with molecules of suitable dimensions and therefore also selectively form only the desired product. Unlike commonly used aluminosilicate zeolites, shape-selective Lewis acid zeolites substituted with tetravalent elements are still in the early stages of research. This project aims at screening different synthesis strategies for pore-selective placement of Lewis acid centers in zeolite catalysts. The project workflow includes two interrelated activities: 1) study of post-synthesis metallation and pore blocking with model aluminosilicate zeolites characterized by one-dimensional pore system of a specific size; 2) complex characterization of synthesized zeolites containing tetravalent elements using X-ray diffraction, nitrogen physisorption, chemical analysis, UV-Vis spectroscopy and IR spectroscopy of adsorbed probe molecules with systematically variable sizes (e.g. substituted acetonitrile).