Synthesis and characterization of nanoparticles of metals and alloys, deposition on porous materials and their catalytic activity

Mgr. Tomáš Pokorný, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Tato dizertační práce je zaměřena na syntézu, charakterizaci a katalytickou aktivitu kovových nanočástic (NPs) deponovaných na nosičích katalyzátorů. Tyto materiály byly testovány na průmyslově relevantní reakci – dehydrogenaci ethanolu za vzniku acetaldehydu. V první části práce byl zkoumán vliv velikosti nanočástic mědi na jejich aktivitu a stabilitu při této reakci. Bylo otestováno několik metod přípravy měděných nanočástic: impregnace, sol-gel syntéza, elektrostatická adsorpce, solvotermální syntéza. Připravené katalyzátory byly testovány z hlediska teplotní stability při 325 °C, taková teplota umožňuje aplikaci reakce dehydrogenace ethanolu jako prvního kroku potenciální syntézy butadienu z ethanolu prostřednictvím Lebedevova procesu. Zvýšení stability Cu nanočástic pomocí dopování dalšími kovy (Ni, Zn) bylo sledováno ve druhé části práce. Ve třetí části výzkumu spjatého s disertační prací byla testována možnost dopování fosforem prostřednictvím molekulárních měďnatých fosfinátových komplexů pro potenciální využití při výrobě acetaldehydu. Ve čtvrté části disertační práce byla vyvinuta anorganická nanovlákna na bázi oxidu křemičitého (SiO₂), za účelem studia jejich stabilizačního efektu na nanočástice mědi.

Abstract:

This dissertation thesis is focused on supported metal nanoparticles (NPs) synthesis, characterisation, and catalytic activity. These materials were tested as heterogeneous catalysts in ethanol dehydrogenation, a possible industrial reaction producing acetaldehyde. In the first part of the study, an effect of activity and stability related to the size of the copper nanoparticles was studied. Several preparation methods for supported copper nanoparticles have been tested (dry impregnation, sol-gel synthesis, strong electrostatic adsorption, and solvothermal synthesis). Prepared nanoparticle catalysts were tested for high temperature stability (325 °C), such temperature allows for application of ethanol dehydrogenation as a first step of potential butadiene synthesis via the Lebedev process. The second part of the study describes the improvement of the Cu nanoparticles' catalytic properties by doping Cu with additional metals (Ni and Zn). In the third part of the thesis, the phosphorus doping via molecular copper phosphinates complexes has been tested for its potential application in acetaldehyde production. Finally, in the fourth part of the study, inorganic nanofibers (SiO2) were developed to study their stabilization effect on Cu NPs.

Keywords

Nanočástice, heterogenní katalýza, ethanol, dehydrogenace, měď, silika, nanoparticles, heterogeneous catalysis, dehydrogenation, copper, silica

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 7. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 8. 2025
• Vedoucí: Mgr. Aleš Stýskalík, Ph.D.
• Oponent: Prof. Petra de Jongh, Prof. Damien Debecker, prof. Ing. David Kubička, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Chemie / Materiálová chemie