Elektronová struktura a katalytické vlastnosti vrstev oxidu ceru s příměsí dispergovaného rhodia
| Thesis title in Czech: | Elektronová struktura a katalytické vlastnosti vrstev oxidu ceru s příměsí dispergovaného rhodia |
|---|---|
| Thesis title in English: | Electronic structure and catalytic properties of ceria with dispersed rhodium |
| Academic year of topic announcement: | 2018/2019 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | |
| Department: | Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. |
| Author: |
| Guidelines |
| 1) Teoretická část: Seznámit se s metodami studia adsorpce plynů metodou Molekulárních svazků (MB) a Termodesorpční spektroskopie (TDS). Seznámit se s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a možnostmi charakteristiky povrchových vrstev ve vakuu touto metodou. Prostudovat doporučenou literaturu týkající se použitých metod fyziky povrchů a modelových studií v heterogenní katalýze.
2) Praktická část: Zkoumat vrstvy Rh-CeOx s různou koncentrací dispergovaného rhodia. Sledovat vlastnosti tohoto systému při interakci s molekulami plynů v souvislosti s chemickým stavem jednotlivých složek určovaným pomocí elektronové spektroskopie. Hledat optimální podmínky pro katalytickou reakci (oxidační stav CeOx koncentrace Rh příměsí, intenzita molekulárních svazků reaktantů, teplota) a interpretovat získané závislosti. 3) Zpracování: Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce. |
| References |
| 1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992. (Povrch látky, jeho chování a vlastnosti, metody výzkumu).
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345. (Interakce povrchu s plyny, termodesorpční spektroskopie). 3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie). 4) Klára Ševčíková, Studium vlivu elektronové struktury na reaktivitu systému oxid-kov, Disertařní práce, KFPP MFF UK Praha, 2015 (Systém Rh-CeOx, reaktivita, elektronová struktura). 5) Miroslav Kettner, Studium interakce inverzního katalyzátoru CeOx/Rhodium, KFPP, Diplomová práce, MFF UK Praha, 2013 (Jedna z modifikací výzkumu interakce molekul plynů s povrchem). |
| Preliminary scope of work |
| Reaktivita systémů obsahujících vzácné kovy (Pt, Pd, Rh) a oxid ceru je dlouhodobě studována i využívána v praxi. Uplatňuje se zde vlastnost oxidu ceru, který dokáže podpořit reakci tím, že uvolňuje nebo na sebe váže kyslík a krom toho v kombinaci s deponovaným vzácným kovem vytváří i speciální struktury, které ještě reaktivitu aktivního kovu zvyšují. V praxi je nejčastěji využíván systém malých kovových částic nanesených na povrchu oxidu ceru - například detoxikační katalyzátory v automobilovém průmyslu. I když jsou takové katalyzátory široce využívány, není mechanizmus interakce plynů s jejich povrchy zcela vysvětlen.
V základním výzkumu pracujeme většinou s takzvanými modelovými katalyzátory, jejichž struktura, složení i čistota jsou dobře definované. Na takových systémech je možno sledovat vliv jednotlivých parametrů jejich přípravy i podmínek, ve kterých pracují, na produktivitu sledované reakce. Reálné katalyzátory jsou mnohem komplikovanější, jednotlivé vlivy jsou zastřeny tím, že se překrývají, ovšem využití poznatků základního výzkumu často vede k optimalizaci jejich funkčnosti. V naší laboratoři pracujeme s kombinací Rh a CeOx již dlouhou dobu. Většina prací se týkala rhodia naneseného na povrch oxidu ceru (tento systém označujeme Rh/CeOx), v poslední době se ale věnujeme i systému, kde rhodium je dispergované v objemu tohoto oxidu (Rh-CeOx). Koncentrace dispergovaného rhodia způsobuje velmi zajímavé závislosti morfologie vzorku a s ní spojené difúze kyslíku na povrch, kde tento kyslík podpoří sledované reakce. Dispergované rhodium přitom prodělává změnu oxidačního stavu (Rh3+ Rhn+? Rh0) v závislosti na teplotě a stále se diskutuje, nakolik přispívá ke katalytické aktivitě která jeho forma. Byly provedeny i experimenty se systémem kombinovaným, kdy na povrch Rh-CeOx byla nanesena nespojitá vrstva rhodia, která zvyšuje reaktivitu vzorků. Při studiu katalytické konverze CO CO2 se podařilo pomocí izotopicky značkovaného 29CO odlišit objemový a povrchový příspěvek vzorku k výslednému množství vznikajícího CO2. Ve vypisované bakalářské práci půjde především o sledování elektronové struktury vzorků Rh-CeOx, případně těchto vzorků s nanesenou povrchovou vrstvou aktivního rhodia, a její vliv na interakci s molekulami plynů. Elektronová struktura je sledována metodou rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS), interakce s plyny metodami Tepelně programované desorpce či reakce (TPD či TPR) a Molekulárních svazků (MB). Pokusíme se lépe porozumět mechanizmu difúze kyslíku z objemu vzorku pomocí molekulárního svazku izotopicky značkovaného 36O2. Tím, ve spojení s interpretací změřených elektronových spekter, bude možno pokročit dále v popisu a porozumění chování katalytických systémů obsahujících oxid ceru a rhodium. Práce bude probíhat na existující funkční aparatuře, bude souviset s výzkumem aktuálně prováděným na katedře. V literatuře doporučené k bakalářské práci je uvedena i jedna bakalářská práce a jedna disertační práce, které v laboratoři vznikly v předchozích letech a které mohou posloužit jako ukázka problémů, které studujeme. http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/bak-abs.php?id=235 |
| Preliminary scope of work in English |
| http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/bak-abs.php?id=235 |