Badanie zjawiska samoregeneracji nanokrystalicznych katalizatorów na bazie tlenku ceru.

Typ projektu: NCN SONATA 10
Kierownik projektu: dr Michalina Kurnatowska
Numer projektu: 2015/19/D/ST5/00722
Opis projektu:
Regeneracja katalizatorów używanych w reakcjach utleniania np. dopalania spalin, jest dużym problemem. Stosowane katalizatory z czasem ulegają dezaktywacji ze względu na procesy starzeniowe zachodzące ze względu na warunki w jakich są stosowane, na przykład wysoka temperatura.
Celem projektu jest zbadanie procesu samoregeneracji katalizatorów na bazie nanokrystalicznego tlenku ceru. Zdolność taką posiadają mieszane tlenki ceru dotowane metalami szlachetnymi. W warunkach redukujących zaobserwowano powstawanie małych (1-2nm) metalicznych krystalitów (np. palladu lub rodu) na powierzchni tlenku ceru. Gdy warunki reakcji zmieniają się na utleniające zachodzi powrotna dyfuzja atomów metalu szlachetnego do sieci tlenku ceru. Dzięki temu struktura i morfologia katalizatora przypomina tą sprzed reakcji, dzięki czemu żywotność katalizatora jest o wiele dłuższa. Zjawisko to jest bardzo interesujące zarówno pod względem naukowym jak i aplikacyjnym.
W ramach projektu zbadany zostanie mechanizm procesu samoregeneracji. Postawiono hipotezę, że wprowadzenie odpowiedniej ilości defektów w sieć tlenku ceru ułatwi proces regeneracji. Podejście takie jest nowatorskie. Prowadzone będą badania podstawowe określające skład, strukturę, morfologię otrzymanych nowych katalizatorów tlenkowych oraz przebieg regeneracji i aktywność katalityczną za pomocą takich metod badawczych jak: dyfrakcja rentgenowska (XRD), transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM), spektroskopia Ramana, skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą EDS (SEM-EDS). W ramach projektu kierownik grantu wyjedzie na 3 miesięczne badania do jednego z najlepszych ośrodków mikroskopowych w Niemczech. Planowane są również badania spektroskopii absorpcji promieni rentgenowskich (XAS) z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego, które daje szerokie możliwości pomiarowe. Najważniejszymi metodami wykorzystanymi w projekcie będą badania in situ TEM i in situ XAS. Dają one możliwość prowadzenia pomiarów w warunkach podobnych do tych panujących w czasie rzeczywistej reakcji katalitycznej, a nie w wysokiej próżni, jak to zazwyczaj się odbywa w przypadku badań mikroskopowych. Dzięki temu zbadane zostaną zmiany struktury i morfologii katalizatora w warunkach podobnych do tych w których jest stosowany.
Podjęto ten temat badań ponieważ jest on niezwykle ciekawy, a wyniki projektu będą miały duży wpływ na przyszłe badania i możliwości aplikacyjne katalizatorów tlenkowych.