O Instytucie

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, prof. INTiBS PAN.

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.

STRONA ODDZIAŁU 

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

• K. Adamska,  S. Smykała,  S. Zieliński,  D. Szymański,  A. Hojeńska,  P. Stelmachowski,  A. Kotarba,  J. Okal "Oxidation of soot over supported RuRe nanoparticles prepared by the microwave-polyol method" Reaction Kinetics Mechanisms and Catalysis 134(1) (2021) 221-242
• O. Bezkrovnyi, P. Kraszkiewicz, W. Miśta, L. Kępiński "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 151(4) (2021) 1080-1090
• L. Kępiński, R. Lisiecki,  M. Ptak "Synthesis and characterization of a hexagonal polymorph of GdAlO3" Journal of Alloys and Compounds  856 (2021) 1-10
• K. Ledwa,  L. Kępiński,  M. Pawlyta "Regenerability of complex (PdO)xPd0.05-xCe0.95O2-y catalyst stabilized on functionalized alumina surface" Materials Research Bulletin 141 (2021) 1-14
• M. Małecka, P. Woźniak  "Hierarchical macroparticles of ceria with tube-like shape – synthesis and properties" CrystEngComm 23(38) (2021) 6743-6754
• J. Okal,  K. Adamska "Thermal Stability of Ru–Re NPs in H2 and O2 Atmosphere and Their Activity in VOCs Oxidation: Effect of Ru Precursor" Catalysis Letters 152(1) (2021) 55-74
• E. Piskorska-Hommel,  M. Winiarski,  M. Kurnatowska "The low temperature reducibility of Ce4+ ions in Ce0.7Yb0.2Pd0.1O2-δ: in situ XANES study" Materials Chemistry and Physics 257 (2021)1-5

2020

• O. Bezkrovnyi, D. Blaumeiser, M. Vorokhta, P. Kraszkiewicz, M. Pawlyta, T. Bauer, J. Libuda, L. Kępiński "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 124(10) (2020) 5647-5656
• O. Bezkrovnyi, M. Vorokhta,  M. Małecka,  W. Miśta, L. Kępiński "NAP-XPS study of Eu³⁺ → Eu²⁺and Ce⁴⁺ → Ce³⁺reduction in Au/Ce0.80Eu0.20O2catalyst" Catalysis Communications 135 (2020) 105875
• L. Kępiński, P. Kraszkiewicz "Stability of nanocrystalline Ce-Gd mixed oxide on Al2O3 support" Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects 596 (2020) 124742
• K. Ledwa,  L. Kępiński,  M. Pawlyta "Atomically dispersed cerium species in NMxCe1-xO2/Al2O3(NM = Rh, Ru) catalysts" Materials Research Bulletin 122 (2020) 110673
• K. Ledwa,  L. Kępiński,  M. Pawlyta "Reversibility of the Ex-Solution↔Redispersion Processes of Rhodium in Rh0.15Ce0.85O2-y Nanoparticles Deposited on Functionalized Alumina" ChemNanoMat 6(8) (2020) 1260-1269
• K. Ledwa, L. Kępiński, M. Ptak, R. Szukiewicz "Ru0.05Ce0.95O2-y deposited on functionalized alumina as a smart catalyst for propane oxidation" Applied Catalysis B: Environmental 274 (2020)119090
• M. Małecka,  K. Matus,  P. Woźniak "Decoration of Cube-Like Ceria Crystals by Well-Dispersed Au Nanoparticles: Surface Influence" ChemistrySelect 5(10) (2020) 2871-2877
• E. Piskorska-Hommel,  D. Kowalska,  P. Kraszkiewicz, M. Kurnatowska "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  831 (2020) 154703
• P. Woźniak, P. Kraszkiewicz,  M. Małecka "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 22(35) (2020) 5828-5840
• P. Woźniak,  W. Miśta,  M. Małecka "Function of various levels of hierarchical organization of porous Ce0.9REE0.1O1.95mixed oxides in catalytic activity" CrystEngComm 22(35) (2020) 5914-5930

Projekty badawcze

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

Pracownicy

LISTA PRACOWNIKÓW