Bimetalické tenké vrstvy 3d kovů pro katalytickou konverzi CO2
| Thesis title in Czech: | Bimetalické tenké vrstvy 3d kovů pro katalytickou konverzi CO2 |
|---|---|
| Thesis title in English: | Bimetallic 3d-metal-based thin films for catalytic conversion of CO2 |
| Key words: | oxid uhličitý|vodík|redukce|katalyzátor |
| English key words: | carbon dioxide|hydrogen|reduction|catalyst |
| Academic year of topic announcement: | 2022/2023 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | čeština |
| Department: | Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 10.02.2023 |
| Date of assignment: | 13.02.2023 |
| Confirmed by Study dept. on: | 17.04.2023 |
| Date and time of defence: | 18.06.2024 09:00 |
| Date of electronic submission: | 09.05.2024 |
| Date of submission of printed version: | 09.05.2024 |
| Date of proceeded defence: | 18.06.2024 |
| Opponents: | RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. |
| Guidelines |
| 1. Seznámení se s potřebnými metodami přípravy vzorků a jejich povrchové analýzy, především s magnetronovým naprašováním, kvadrupólovou hmotovou spektrometrií (QMS) a metodami teplotně-programované reakce (TPR) a teplotně-programované desorpce (TPD).
2. Příprava tenkovrstvých modelových binárních systémů. 3. Charakterizace vzorků pomocí dostupných metod fyziky povrchů a studium jejich katalytických vlastností pro hydrogenaci CO2. 4. Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace. |
| References |
| [1] Ertl, G., et al., eds. Handbook of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany (2008)
[2] F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons (1986); J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000); Eckertová L. a kol.: Metody analýzy povrchů - elektronová spektroskopie, Academia, Praha (1990) [3] X. Jiang et al.: Recent Advances in Carbon Dioxide Hydrogenation to Methanol via Heterogeneous Catalysis, Chem. Rev. 120 (15) (2020) 7984; S. Saeidi et al.: Hydrogenation of CO2 to value-added products—A review and potential future developments, J. CO2 Utiliz. 5 (2014) 66; L. Wang et al.: Cobalt−Nickel Catalysts for Selective Hydrogenation of Carbon Dioxide into Ethanol, ACS Catal. 9 (2019) 11335 [4] J.A. Rodriguez: Physical and chemical properties of bimetallic surfaces, Surf. Sci. Rep. 24 (1996) 223 [5] Další literatura dle potřeby a dohody s vedoucím práce. |
| Preliminary scope of work |
| Katalytická konverze oxidu uhličitého na užitečné organické látky (např. uhlovodíky, alkoholy, karboxylové kyseliny, syntetický plyn) je jedním z velkých témat současného materiálového výzkumu v oblasti katalýzy pro environmentální a energetické aplikace. Předmětem této bakalářské práce bude využití tenkých naprašovaných vrstev obsahujících dva kovy, případně jejich oxidy. Zde konkrétně 3d-kovy skupiny železa (jmenovitě Fe, Co, Ni, Cu), které se jeví pro tento účel jako obzvláště vhodné a přitom mnohem dostupnější a levnější než v heterogenní katalýze nejběžněji používané vzácné kovy.Výhodnost kombinace více kovů spočívá v jejich různých schopnostech aktivovat disociaci vazeb H-H, C-O a O-H, díky čemuž lze pomocí přesného složení a mikrostruktury bimetalického materiálu „ladit“ jeho katalytické vlastnosti, především z hlediska reakční selektivity. Konkrétní výběr kovů učiní student na základě studia aktuální literatury po konzultaci s vedoucím.
Úkolem bude jak příprava samotných vrstev, tak jejich chemická a fyzikální analýza metodami fyziky povrchů a následné měření konverze (hydrogenace) CO2 za přítomnosti H2 a/nebo H2O při různých teplotách a stability vrstev v těchto podmínkách. Pro měření ve vyšších tlacích bude dispozici laboratorní mikroreaktor využívající hmotový spektrometr, pro měření v nižších tlacích pak UHV aparatura vybavená metodami rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS), teplotně-programované desorpce (TPD) a difrakce pomalých elektronů (LEED). V případě potřeby bude uchazeči umožněn přístup i k dalším analytickým metodám, např. rastrovací elektronové mikroskopii (SEM), mikroskopii atomárních sil (AFM) nebo infračervené reflexně-absorpční spektroskopii (RAIRS). |