velikost textu

Theoretical Investigation of Properties of 3D and 2D Zeolites

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Theoretical Investigation of Properties of 3D and 2D Zeolites
Název v češtině:
Teoretické studium vlastností 3D a 2D zeolitů
Typ:
Disertační práce
Autor:
Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D.
Školitel:
prof. doc. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D.
Oponenti:
doc. RNDr. Jiří Fišer, CSc.
Lukasz Cwiklik, Dr.
Id práce:
129611
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Program studia:
Modelování chemických vlastností nano- a biostruktur (P1415)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
26. 9. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Teorie funkcionálu hustoty, zeolity, vrstevnaté materiály, MOF, modelování, adsorpce, katalýza.
Klíčová slova v angličtině:
Density functional theory, zeolites, layered materials, MOFs, modeling, adsorption, catalysis.
Abstrakt:
Zeolity jsou široce využívány v řadě oblastí včetně katalýzy, adsorpcí a separací, iontových výměn a ukládání plynů. Běžné zeolity mají trojrozměrnou (3D) strukturu obsahující systém mikroporézních kanálů. Typická velikost těchto kanálů je pod 1 nm, v důsledku čehož je řada procesů limitována rychlostí difúze a větší reaktanty (produkty) nemohou vůbec vstoupit (opustit) do kanálového systému. Dvojrozměrné (2D) zeolity připravené v posledních letech mohou zmírnit nebo zcela eliminovat problémy spojené s difúzí a představují velmi zajímavou alternativu k běžným 3D zeolitům. 2D zeolity byly intenzivně zkoumány v posledních letech zejména experimentálně, zatímco porozumění jejich vlastností na základě teoretických výpočtů či na základě kombinace experimentu a teorie je zatím značně omezené. Práce zde předkládaná je motivována snahou vyjasnit vlastnosti 2D zeolitů na základě výpočetní studie. Originalita našeho výzkumu je ve zvolené strategii – na základě systematického výzkumu vlastností 2D a korespondujících 3D zeolitů chceme nalézt a pochopit podobnosti a rozdílnosti mezi 3D a 2D zeolity. Soustředíme zejména na studium nejvýznamnějších vlastností zeolitů, tedy na popis Brønstedovské a Lewisovské kyselosti. Zabýváme se studiem různých charakteristik kyselých center v zeolitech a zejména takových charakteristik, které jsou experimentálně dostupné a mohou být porovnávány s experimentálními daty. Naše teoretické výsledky jsou srovnávány nejen s experimentálními daty dostupnými v literatuře, ale také s nově získávanými daty ve spolupracujících experimentálních laboratoří. V práci se zabýváme zeolity s různou strukturou (UTL, MFI, MWW a FAU), vždy studujeme stejné vlastnosti v běžném 3D zeolitu a v jeho 2D analogu. Výsledky získané teoreticky jsou v dobré shodě s dostupnými experimentálními daty. Tato shoda nás opravňuje k formulaci obecných vztahů mezi vlastnostmi 3D a 2D zeolitů. Dvojrozměrné zeolity s relativně silnými deskami (silnějšími než 2 nm) a nízkou koncentrací povrchových silanolů mají prakticky totožné vlastnosti jako jejich 3D analog (například zeolity s MWW topologií). Dvojrozměrné zeolity se silnými deskami a vysokou koncentrací povrchových silanolů mají rozdílné vlastnosti pro jednotlivá krystalografická kyselá centra ve 3D a 2D materiálech, ale zprůměrované vlastnosti jsou velmi podobné. A dvojrozměrné zeolity s tenkými deskami (okolo 1 nm) mají o něco slabší kyselá centra než korespondující 3D zeolit. Získané výsledky indikují, že ani Brønstedovská ani Lewisovská kyselá centra nejsou významně ovlivněna přechodem od 3D ke 2D zeolitům.
Abstract v angličtině:
Zeolites have been widely used in many different fields including catalysis, adsorption and separation, ion exchange, or gas storage. Conventional zeolites have three- dimensional (3D) structures with microporous channel system; typical pore sizes are well below 1 nanometer, therefore, diffusion limitation plays important role in many process and bulkier reactants (or products) cannot enter (or leave) the zeolite channel system. Two-dimensional (2D) zeolites prepared in last years can lift all diffusion limitation and they thus offer a very attractive alternative to conventional 3D zeolites. 2D zeolites attracted considerable attention on the experimental side; however, understanding of 2D zeolites based on computational investigation or on a combination of experimental and computational investigation is limited. A motivation for the computational work presented here is to improve our understanding of properties of 2D zeolites based on computational investigation. The originality of the research presented herein is in the strategy: we carried out systematic investigation of properties of corresponding 2D and 3D zeolites and we focus on the identification of similarities and differences. The most important zeolite properties, i.e., presence of Brønsted and Lewis acid sites, are investigated. A number of different characteristics of acid sites are considered, focusing on those that can be also obtained experimentally. Our computational results are compared with experimental results available in literature and with those newly obtained by collaborating experimental research groups. Several zeolite topologies are investigated, including, UTL, MFI, MWW, and FAU; properties of traditional 3D zeolite as well as of corresponding 2D one are considered in all cases. The results obtained were found to be in a good agreement with available experimental data. This agreement entitles us to outline a general connection between the properties of 3D and 2D zeolites. Two-dimensional zeolites with relatively thick layers (above 2 nm) and low concentration of surface silanol have almost identical properties as their corresponding 3D counterpart (MWW). Two-dimensional zeolites with thick layers and high concentration of surface silanols show rather different properties for the same crystallographic sites in 3D and 2D materials; however, averaged properties remain similar. Two-dimensional zeolites with thin layers (1 nm) appear to be less acidic than corresponding 3D zeolites. In summary, our results indicate that neither Brønsted nor Lewis acidity is significantly influenced by the transition from 3D to 2D zeolites.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D. 21.51 MB
Stáhnout Příloha k práci Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D. 16.56 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D. 152 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D. 84 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Viet Thang Ho, M.Sc., Ph.D. 805 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Jiří Fišer, CSc. 55 kB
Stáhnout Posudek oponenta Lukasz Cwiklik, Dr. 77 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 826 kB