Oddział Chemii Nanomateriałów i Katalizy
Działalność naukowa Oddziału Chemii Nanomateriałów i Katalizy poświęcona jest badaniu zależności między strukturą a reaktywnością chemiczną silnie zdyspergowanych ciał stałych. W działalności tej wykorzystujemy różne metody wytwarzania, charakterystyki fizykochemicznej oraz badania aktywności chemicznej materiałów w stanie wysokiej dyspersji (nanomateriałów). Wyniki naszych badań pozwalają lepiej poznać jak struktura nanocząstek (kształt, rozmiar i stan powierzchni) wpływa na ich oddziaływanie z gazami oraz powierzchnią nośnika. Uzyskana wiedza o charakterze podstawowym jest niezbędna w procesie opracowania nowych bądź udoskonalenie istniejących katalizatorów heterogenicznych.
Kierownikiem Oddziału jest dr hab. Małgorzata Małecka.
Tematyka badawcza
- Projektowanie i wytwarzanie nowych materiałów nanostrukturalnych dla zastosowań w katalizie.
Stosowane przez nas niekonwencjonalne metody syntezy: ciśnieniowe (solwotermalne), spaleniowe i wykorzystujące mikroemulsje umożliwiają otrzymanie materiałów o unikalnej morfologii i wysokiej powierzchni właściwej. W szczególności są to materiały tlenkowe o strukturze hierarchicznej (γ-Al2O3, mezoporowaty SiO2, domieszkowany CeO2), materiały węglowe o zdefiniowanej strukturze porowatej, a także układy złożone zawierające nanocząstki metali osadzone na takich materiałach. Materiały hierarchiczne dzięki swojej budowie (architekturze) wykazują wyższą stabilność termiczną oraz reaktywność niż ich nie-ustrukturyzowane odpowiedniki bądź też materiały lite. Charakterystyka otrzymanych materiałów obejmuje badania mikrostruktury za pomocą transmisyjnej i skaningowej mikroskopii elektronowej oraz dyfrakcji rentgenowskiej a także tekstury (pomiar powierzchni właściwej i struktury porowatej).
- Mechanizmy oddziaływań faza aktywna-nośnik w katalizatorach heterogenicznych.
Oddziaływania metal-nośnik (chemiczne i elektronowe) w znacznym stopniu określają właściwości katalizatorów heterogenicznych takie jak dyspersja metalu a także aktywność, selektywność oraz zwłaszcza stabilność katalizatora. Badania prowadzimy zarówno dla układów rzeczywistych (proszki) jak i modelowych (cienkie warstwy) ze szczególnym uwzględnieniem metod in-situ (np. NAP-XPS).
- Reaktywność chemiczna nanomateriałów.
Badania dotyczą chemisorpcji gazów reaktywnych (H2, O2, CO) oraz modelowych reakcji katalitycznych ważnych dla ochrony środowiska (utlenianie lekkich węglowodorów i CO, wytwarzanie wodoru) na układach nanocząstek. Zajmujemy się także badaniem reakcji w fazie stałej na granicy faz nanocząstka - podłoże. Reakcje takie jak spiekanie, redyspersja czy tworzenie związków chemicznych na granicach faz decydują o stabilności a także aktywności katalizatorów oraz układów warstwowych.
- Projektowanie nowych układów katalitycznych dedykowanych do wybranych reakcji.
Badania podstawowe nad mikrostrukturą i aktywnością modelowych układów katalitycznych są wykorzystywane do opracowywania nowych katalizatorów dla „wymagających” reakcji chemicznych.
Pracownia Mikroskopii Elektronowej
Pracownia stanowi podstawowe zaplecze aparaturowe Oddziału w zakresie badań mikrostruktury materiałów. Szczególną rolę w badaniach układów silnie zdyspergowanych (w tym katalizatorów) odgrywa wysokorozdzielcza transmisyjna mikroskopia elektronowa, która dostarcza unikalnych informacji o morfologii, i strukturze krystalicznej cząstek o rozmiarach pojedynczych nanometrów. Pracownia wykonuje również usługowe badania w zakresie TEM, SEM oraz mikroanalizy rentgenowskiej (EDS) dla pracowników Instytutu oraz innych placówek naukowych.
Wybrane publikacje
Lista wszystkich artykułów opublikowanych przez pracowników Oddziału Chemii Nanomateriałów i Katalizy znajduje się pod adresem: BAZA WIEDZY OCHNiK.
2024
- P. Woźniak "Ce(III) formate-derived hierarchical cerium oxide particles with icosahedral symmetry-based architectures: Effect of third level of structural hierarchy in soot and propane oxidation" Acta Materialia 281 (2024) 120372
- K. Ledwa, L. Kępiński "Soot oxidation activity and stability of NMxCe1-xO2-y nanoparticles (NM = Pd, Rh, Ru) supported on functionalized alumina" Materials Research Bulletin 179 (2024) 112972
- O. Bezkrovnyi, P. Kraszkiewicz, M. Vorochta "In Situ Study of the Effect of the Exposed Surface of Ceria (100 vs 111) on the Highly Oxidized Species Formation on Ru/Ceria Catalysts" Acta Physica Polonica A 145(6) (2024) 299-370
- O. Bezkrovnyi, M. Szymczak, Ł. Marciniak, P. Kraszkiewicz, V. Boiko, M. Vorochta, I. Matolínová, L. Kępiński "Eu3+ Species as a Luminescent Probe for Fast Monitoring of the Chemical State of Ceria Catalysts" The Journal of Physical Chemistry C 128(25) (2024) 10465–10473
2023
- W. Miśta, G. Dovbeshko, M. Chaika, P. Wiewiórski, M. Ptak, V. Boiko, W. Stręk "Ultrathin graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanosheets: Synthesis, properties, and photocatalytic application" Low Temperature Physics 49 (2023) 296
- O. Bezkrovna, P. Zdeb, O. Bezkrovnyi, R. Lisiecki, P. Dereń "Micro and Nanocrystalline LuPO4(Ln3+: Nd, Pr) - Morphology, Luminescence and Inter-ionic Interplays" Acta Physica Polonica A 144(4) (2023) 263
- R. De Lima Oliveira, K. Ledwa, O. Chernyayeva, S. Praetz, C. Schlesiger, L. Kępiński "Cerium Oxide Nanoparticles Confined in Doped Mesoporous Carbons: A Strategy to Produce Catalysts for Imine Synthesis" Inorganic Chemistry 62(33) (2023) 13554–13565
- R. De Lima Oliveira, M. Pisarek, K. Ledwa, G. Pasternak, L. Kępiński "Enhanced activation of persulfate improves the selective oxidation of alcohols catalyzed by earth-abundant metal oxides embedded on porous N-doped carbon derived from chitosan" Reaction Chemistry & Engineering 8 (2023) 1061-1071
2022
- O. Bezkrovnyi, M. Vorokhta, M. Pawlyta, M. Ptak, L. Piliai, X. Xie, T. Dinhová, I. Khalakhan, I. Matolínová, L. Kępiński"In situ observation of highly oxidized Ru species in Ru/CeO2catalyst under propane oxidation" Journal of Materials Chemistry A: materials for energy and sustainability, Royal Society of Chemistry 10 (31) (2022) 16675-16684
- O. Bezkrovnyi, A. Bruix, D. Blaumeiser, L. Piliai, S. Schötz, T. Bauer, I. Khalakhan, T. Skála, P. Matvija, P. Kraszkiewicz , M. Pawlyta, M. Vorokhta, I. Matolínová, J. Libuda, K. Neyman, L. Kępiński "Metal–Support Interaction and Charge Distribution in Ceria-Supported Au Particles Exposed to CO" Chemistry of Materials, American Chemical Society 34(17) (2022)7916-7936
- P. Kraszkiewicz, M. Małecka, W. Miśta "Sintering-resistant and highly active Au/SBA-15 catalyst for carbon monoxide oxidation" Microporous and Mesoporous Materials 346 (2022) 112338
- P. Woźniak, M. Małecka, Chinchilla L., Trasobares S. "3D hierarchically structured Ce1-xGdxO2-x/2 mixed oxide particles: the role of microstructure, porosity and multi-level architecture stability in soot and propane oxidation" Materials Research Bulletin 151 (2022) 111816
- P. Woźniak, M. Małecka, P. Kraszkiewicz, W. Miśta, O. Bezkrovnyi, Chinchilla L., Trasobares S. "Confinement of nano-gold in 3D hierarchically structured gadolinium-doped ceria mesocrystal: synergistic effect of chemical composition and structural hierarchy in CO and propane oxidation" Catalysis Science & Technology 12 (2022) 7082-7113
- P. Woźniak, P. Kraszkiewicz, M. Małecka "Hierarchical Au/CeO2systems – influence of Ln3+dopants on the catalytic activity in the propane oxidation process" CrystEngComm 24(36) (2022) 6408-6420
2021
- Adamska K., Smykała S., Zieliński S., Szymański D., Hojeńska A., Stelmachowski P., Kotarba A., Okal J.: Oxidation of soot over supported RuRe nanoparticles prepared by the microwave-polyol method, Reaction Kinetics Mechanisms and Catalysis, vol. 134, nr 1, 2021, s. 221-242.
- Bezkrovnyi O., Kraszkiewicz P., Miśta W., Kępiński L.: The Sintering of Au Nanoparticles on Flat {100}, {111} and Zigzagged {111}-Nanofacetted Structures of Ceria and Its Influence on Catalytic Activity in CO Oxidation and CO PROX, Catalysis Letters, vol. 151, nr 4, 2021, s. 1080-1090.
- Kępiński L., Lisiecki R., Ptak M.: Synthesis and characterization of a hexagonal polymorph of GdAlO3, Journal of Alloys and Compounds, vol. 856, 2021, s. 1-10.
- Ledwa K., Kępiński L., Pawlyta M.: Regenerability of complex (PdO)xPd0.05-xCe0.95O2-y catalyst stabilized on functionalized alumina surface, Materials Research Bulletin, vol. 141, 2021, s. 1-14.
- Małecka M., Woźniak P.: Hierarchical macroparticles of ceria with tube-like shape – synthesis and properties, CrystEngComm, vol. 23, nr 38, 2021, s. 6743-6754.
- Okal J., Adamska K.: Thermal Stability of Ru–Re NPs in H2 and O2 Atmosphere and Their Activity in VOCs Oxidation: Effect of Ru Precursor, Catalysis Letters, vol. 152, nr 1, 2021, s. 55-74.
- Piskorska-Hommel E., Winiarski M., Kurnatowska M.: The low temperature reducibility of Ce4+ ions in Ce0.7Yb0.2Pd0.1O2-δ: in situ XANES study, Materials Chemistry and Physics, vol. 257, 2021, s. 1-5.
2020
- Bezkrovnyi O., Blaumeiser D., Vorokhta M., Kraszkiewicz P., Pawlyta M., Bauer T., Libuda J., Kępiński L.: NAP-XPS and in Situ DRIFTS of the Interaction of CO with Au Nanoparticles Supported by Ce1- xEuxO2 Nanocubes, The Journal of Physical Chemistry Part C: Nanomaterials, Interfaces and Hard Matter, American Chemical Society, vol. 124, nr 10, 2020, s. 5647-5656.
- Bezkrovnyi O., Vorokhta M., Małecka M., Miśta W., Kępiński L.: NAP-XPS study of Eu3+ → Eu2+and Ce4+ → Ce3+reduction in Au/Ce0.80Eu0.20O2catalyst, Catalysis Communications, vol. 135, 2020, 105875.
- Kępiński L., Kraszkiewicz P.: Stability of nanocrystalline Ce-Gd mixed oxide on Al2O3 support, Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects, Elsevier BV, vol. 596, 2020, 124742.
- Ledwa K., Kępiński L., Pawlyta M.: Atomically dispersed cerium species in NMxCe1-xO2/Al2O3(NM = Rh, Ru) catalysts, Materials Research Bulletin, vol. 122, 2020, 110673.
- Ledwa K., Kępiński L., Pawlyta M.: Reversibility of the Ex-Solution↔Redispersion Processes of Rhodium in Rh0.15Ce0.85O2-y Nanoparticles Deposited on Functionalized Alumina, ChemNanoMat, vol. 6, nr 8, 2020, s. 1260-1269.
- Ledwa K., Kępiński L., Ptak M., Szukiewicz R.: Ru0.05Ce0.95O2-y deposited on functionalized alumina as a smart catalyst for propane oxidation, Applied Catalysis B: Environmental, Elsevier BV, vol. 274, 2020, 119090.
- Małecka M., Matus K., Woźniak P.: Decoration of Cube-Like Ceria Crystals by Well-Dispersed Au Nanoparticles: Surface Influence, ChemistrySelect, vol. 5, nr 10, 2020, s. 2871-2877.
- Piskorska-Hommel E., Kowalska D., Kraszkiewicz P., Kurnatowska M.: In situ XAFS study of highly reducible mixed oxide catalysts Ce0.9Pd0.1O2-δ and Ce0.7Yb0.2Pd0.1O2-δ, Journal of Alloys and Compounds, vol. 831, 2020, 154703.
- Woźniak P., Kraszkiewicz P., Małecka M.: Divergent influence of 1 1 1vs.1 0 0 crystal planes and Yb3+dopant on CO oxidation paths in mixed nano-sized oxide Au/Ce1−xYbxO2−x/2(x= 0 or 0.1) systems, CrystEngComm, vol. 22, nr 35, 2020, s. 5828-5840.
- Woźniak P., Miśta W., Małecka M.: Function of various levels of hierarchical organization of porous Ce0.9REE0.1O1.95mixed oxides in catalytic activity, CrystEngComm, vol. 22, nr 35, 2020, s. 5914-5930.
Projekty badawcze
Finansowanie | Tytuł | Kierownik | Okres |
NCN PRELUDIUM 14 | Morphology and the presence of defects at exposed surfaces of Ce1-xEuxO2-y crystallites as factors determining thermal stability and catalytic activity of deposited Au nanoparticles. | Oleksii Bezkrovnyi | 2018-2020 |
POIR FNP Powroty | Searching for novel catalysts for soot emission abatement from automotive exhaust gases-bimetallic Ru-Re and Ru-PT nanoparticles supported on oxide carriers | Katarzyna Adamska | 2018-2020 |
NCN SONATA 11 | Studies on the effect of the defect content at the surface of Ce1-xLnxO2-y mixed oxide on the shape and size of deposited metal nanoparticles and their orientation relative to the support. | Małgorzata Małecka | 2017-2020 |
NCN PRELUDIUM 12 | Optimization of the synthesis of intelligent, thermally stable and highly dispersed catalytic systems M-CeO2-Al2O3 (M=Pd, Rh, Ru). | Karolina Ledwa | 2017-2019 |
NCN SONATA 10 | Studies on the process of self-organization of nanocrystalline catalysts based on cerium oxide. | Michalina Kurnatowska | 2016-2020 |
NCN OPUS 4 | Studies on the mechanisms of stabilization of ruthenium nanoparticles in Ru-MOx/support systems, where M – rhenium or molybdenum. | Janina Okal | 2013-2016 |
NCN OPUS 1 | Structural and chemical stability of Ce1-xLnxO2-y (Ln - lanthanide) nanoparticles at oxide supports. | Leszek Kępiński | 2011-2014 |
NCN PRELUDIUM 1 | Structure, stability and catalytic activity of Ce1-xMxO2-y (M-transition metal) mixed oxide nanoparticles. | Michalina Kurnatowska | 2011-2013 |
UE GreenAir, ACP8-GA-2009-233862 | Generation of hydrogen by kerosene reforming via efficient and low emission new alternative, innovative, refined technologies for aircraft application | Włodzimierz Miśta | 2009-2013 |
KBN Konkurs 37 | Nanostructured ruthenium catalysts for low temperature oxidation of light hydrocarbons | Janina Okal | 2009-2011 |
KBN konkurs 33 | Structure and reactivity of highly dispersed lanthanide oxides and their compounds. | Leszek Kępiński | 2007-2009 |
KBN konkurs 30 | Development of the method of determination of metal dispersion in the supported ruthenium catalysts. | Janina Okal | 2006-2008 |
Ważniejsza aparatura badawcza
- Transmisyjny mikroskop elektronowy Philips CM20 Super Twin
- Skaningowy mikroskop elektronowy Philips 515
- Skaningowy mikroskop elektronowy FEI Nova NanoSEM 230 z analizatorem EDX
i systemem EBSD. - Automatyczny aparat do badania adsorpcji gazów ASAP 2020 C (Micromeritics)
- Sorptometr Sorptomatic 1900 Fisons Instruments
- Automatyczny analizator temperaturowo programowanych reakcji Autochem II 2920 (Micromeritics)
- Chromatograf gazowy Perkin-Elmer ARTEL Clarus 500
- Chromatograf gazowy Perkin-Elmer Clarus 680 ze spektrometrem masowym
- Derywatograf TG-DTA (MOM Budapest)
- Reaktor ciśnieniowy mikrofalowy ERTEC
- Źródło promieniowania gamma 60Co MRX-100