Nanočástice přechodných kovů a jejich sloučenin pro aplikace v katalýze

Ing. Mgr. Radka POCKLANOVÁ

Doctoral thesis

Transition metals nanonoparticles and their compounds for the application in catalytic processes

Abstract:

Předložená disertační práce je zaměřena na výzkum v oblasti syntéz uhlíkových materiálů, jejich interakci s nanočásticemi přechodných kovů, a jejich potenciální využití v katalytických systémech. Studium heterogenní katalýzy v dnešní době představuje vhodnou alternativu, posun, v řadě reakcích realizovaných v odvětvích chemického průmyslu. Proto v rámci doktorského studia je výzkumná aktivita směřována na tuto problematiku, je soustředěna nejen na jeden uhlíkový substrát či jeden typ nanočástic, ale na jejich komplexní řešení, tzn. najít vhodný katalyzátor pro vybrané katalytické reakce s cílem dosáhnout vysokých konverzí či výtěžků reakcí, a především recyklovatelnosti katalytického materiálu. V rámci syntetické části práce jsou studovány dva reprezentativní materiály na bázi uhlíku, grafen oxid a nanodiamanty, které jsou následně deponovány nanočásticemi ušlechtilých kovů (zlata, palladia), nebo interagují s nanočásticemi typu core@shell (palladium@platina) za vzniku uhlíkových kompozitů. Významná role uhlíkového substrátu jako nosiče ovlivňuje průběh a rychlost reakce. Jeho nezanedbatelnou úlohou je také možnost separace kompozitu z reakčního systému a opětovné použití v jakémkoliv dalším procesu. Kromě přípravy materiálů a jejich podrobné charakterizace vybranými technikami (XRD, XPS, TEM, HRTEM, Raman) je využíváno jejich významné katalytické aktivity. Vedle studia oxidačních a redukčních procesů jsou experimenty soustředěny na konkrétní organické reakce, dehalogenace a esterifikace, případně využity v kopulačních Suzuki Miyaura reakcích. V rámci tohoto zaměření je ověřován vliv uhlíkového substrátu na organické reakce, efekt právě deponovaných nanočástic a v závislosti na tom jsou optimalizovány podmínky katalýz vedoucí k nejvyšším výtěžkům reakcí.

Abstract:

The submitted dissertation thesis is focused on research in the field of synthesis of carbon materials, their interaction with transition metalnanoparticles, and their potential application in catalytic systems. Nowadays, the study of heterogeneous catalysis represents a suitable alternative, a progress, in a number of reactions realized in the branches of the chemical industry. Therefore, as part of the doctoral studies, the research activity is directed to this issue, it is focused not only on one carbon substrate or one type of nanoparticles, but on their complex solution, i.e. find a suitable catalyst for selected catalytic reactions with the aim of achieving high conversions or reaction yields and, above all, the recyclability of the catalytic material. Within the synthetic part of the work, two representative carbon-based materials, graphene oxide and nanodiamonds, are studied, which are subsequently deposited with nanoparticles of noble metals (gold, palladium), or interact with nanoparticles of the core@shell type (palladium@platinum) to form carbon composites. The significant role of the carbon substrate as a carrier affects the course and speed of the reaction. Its non-negligible role is also the possibility of separating the composite from the reaction system and reusing it in any other process. In addition to the preparation of materials and their detailed characterization by selected techniques (XRD, XPS, TEM, HRTEM, Raman), their significant catalytic activity is studied. Next to the oxidation and reduction study, the experiments are focused on specific organic reactions, dehalogenation and esterification, possibly used in Suzuki Miyaura coupling reactions. As part of this focus, the influence of the carbon substrate on organic reactions, the effect of deposited nanoparticles is verified and, depending on this, the catalysis conditions leading to the highest reaction yields are optimized.

Keywords

Uhlíkové materiály, grafen oxid, nanodiamanty, core@shell částice, kovové nanočástice, katalytické aplikace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 6. 2024

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry