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 prof. dr hab. Leszek Kępiński.

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

2022

• Bezkrovnyi O.,  Vorokhta M.,  Pawlyta M.,  Ptak M.,  Piliai L.,  Xie X.,  Dinhová T.,  Khalakhan I.,  Matolínová I.,  Kępiński L.:  In situobservation 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, vol. 10, nr 31, 2022, s. 16675-16684.
• Bezkrovnyi O.,  Bruix A.,  Blaumeiser D.,  Piliai L.,  Schötz S.,  Bauer T.,  Khalakhan I.,  Skála T.,  Matvija P., Kraszkiewicz ,  Pawlyta M.,  Vorokhta M.,  Matolínová I.,  Libuda J.,  Neyman K.,  Kępiński L.:  Metal–Support Interaction and Charge Distribution in Ceria-Supported Au Particles Exposed to CO, Chemistry of Materials, American Chemical Society, vol. 34, nr 17, 2022, s. 7916-7936.
• Kraszkiewicz P.,  Małecka M.,  Miśta W.:  Sintering-resistant and highly active Au/SBA-15 catalyst for carbon monoxide oxidation, Microporous and Mesoporous Materials, vol. 346, 2022, 112338.
• Woźniak P.,  Małecka M.,  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, vol. 151, 2022, 111816.
• Woźniak P.,  Małecka M.,  Kraszkiewicz P.,  Miśta W.,  Bezkrovnyi O.,  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.
• Woźniak P.,  Kraszkiewicz P.,  Małecka M.:  Hierarchical Au/CeO₂systems – influence of Ln³⁺dopants on the catalytic activity in the propane oxidation process, CrystEngComm, vol. 24, nr 36, 2022, s. 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.

2019

• Adamska K.,  Okal J.,  Tylus W.:  Stable bimetallic Ru-Mo/Al2O3catalysts for the light alkane combustion: Effect of the Mo addition, Applied Catalysis B: Environmental, Elsevier BV, vol. 246, 2019, s. 180-194.
• Bezkrovnyi O.,  Kraszkiewicz P.,  Krivtsov I.,  Quesada J.,  Ordóñez S.,  Kępiński L.:  Thermally induced sintering and redispersion of Au nanoparticles supported on Ce1-xEuxO2nanocubes and their influence on catalytic CO oxidation, Catalysis Communications, vol. 131, 2019, 105798.
• Kępiński L.,  Miśta W.,  Szymański D.:  The mixed-valence Ce4Al2O10aluminate, Solid State Ionics, Elsevier BV - North-Holland, vol. 331, 2019, s. 1-5.
• Kurnatowska M.,  Piskorska-Hommel E.,  Kraszkiewicz P.,  Winiarski M.:  New doubly doped cerium oxide Ce1-x-yYbyPdxO2-δ: The effect of ytterbium doping on stabilization of reduced palladium species on doped ceria oxide, Materials Chemistry and Physics, vol. 229, 2019, s. 49-55.
• Ledwa K.,  Kępiński L.,  Pawlyta M.:  Thermal stability and propane combustion activity of Rh: XCe1- xO2-ynanoparticles deposited on functionalized alumina, Catalysis Science & Technology, vol. 9, 2019, s. 4633-4644.
• Małecka M.,  Kraszkiewicz P.,  Bezkrovnyi O.:  Catalysis by shapely nanocrystals of the Ce1−xYbxO2−x/2mixed oxides — Synthesis and phase stability, Materials Characterization, vol. 155, 2019, 109796.
• Małecka M.:  The Phosphates - Skipped Reaction Products in the Octahedron-like Yb and Lu-Doped Ceria Synthesis., ChemistrySelect, vol. 4, 2019, s. 316-320.

2018

• Bezkrovnyi O.,  Małecka M.,  Lisiecki R.,  Ostroushko V.,  Thomas A.,  Gorantla S.,  Kępiński L.:  The effect of Eu doping on the growth, structure and red-ox activity of ceria nanocubes, CrystEngComm, vol. 20, 2018, s. 1698-1704.
• Bezkrovnyi O.,  Kraszkiewicz P.,  Ptak M.,  Kępiński L.:  Thermally induced reconstruction of ceria nanocubes into zigzag {111}-nanofacetted structures and its influence on catalytic activity in CO oxidation, Catalysis Communications, vol. 117, 2018, s. 94-98.
• Dobosz J.,  Cichy M.,  Zawadzki M.,  Borowiecki T.:  Glycerol steam reforming over calcium hydroxyapatite supported cobalt and cobalt-cerium catalysts, Journal of Energy Chemistry, vol. 27, 2018, s. 404-412.
• Kępiński L.:  The missing Ce member of Ln4Al2O9family of aluminates, Journal of the American Ceramic Society, vol. 101, 2018, s. 1356-1360.
• Kraszkiewicz P.,  Miśta W.:  Thermally stable SBA-15 supported sub-2 nm gold clusters, highly active in room temperature CO oxidation: Effect of thermal pretreatment, Catalysis Communications, vol. 110, 2018, s. 14-17.
• Ledwa K.,  Pawlyta M.,  Kępiński L.:  RuxCe1-xO2-ynanoparticles deposited on functionalized Γ-Al2O3as a thermally stable oxidation catalyst, Applied Catalysis B: Environmental, Elsevier BV, vol. 230, 2018, s. 135-144.
• Małecka M.:  The Crystallization Mechanism of the Octahedron-Like Ce1-xYbxO2-x/2and Ce1-xLuxO2-x/2Ceria-Based Mixed Oxide., ChemistrySelect, vol. 3, 2018, s. 12012-12016.
• Okal J.,  Zawadzki M.,  Kraszkiewicz P.,  Adamska K.:  Ru/CeO2catalysts for combustion of mixture of light hydrocarbons: Effect of preparation method and metal salt precursors, Applied Catalysis A-General, Elsevier BV, vol. 549, 2018, s. 161-169.
• Winiarski M.,  Kurnatowska M.:  Electronic structure of Ce1−xMxO2, where M = Rh, Pd, by MBJLDA calculations, Solid State Sciences, vol. 86, 2018, s. 34-37.

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