Procesy katalityczne dla czystej energii

Tematyka badawcza

1)  Zastosowanie katalizatorów monometalicznych (Pd/C, Pd/SiO2) oraz bimetalicznych na osnowie palladu (Pd/Au, Pd/Ir/ Pd/Ru) w reakcjach uwodorniania w fazie ciekłej cząsteczek zawierających grupy C=O i C=C, t.j. aldehyd cynamonowy, furfural, 5-hydroxymetylofurfural.  Katalizatory syntezowane są metodą odwróconej mikroemulsji, co zapewnia uzyskanie nanocząstek o jednorodnej i kontrolowanej wielkości.  W układach bimetalicznych metoda ta umożliwia syntezę nanocząstek o kontrolowanych właściwościach powierzchniowych, badanych obecnie dla nanocząstek Pd-Ir o różnej zawartości irydu.

2)  Badanie układów zawierających nanocząstki palladu zdyspergowane w matrycach tlenków MoO3 i WO3 celem określenia roli brązów wodorowych tworzonych in situ w trakcie reakcji uwodorniania na kinetykę reakcji obejmującą aktywność i selektywność.  Efekty te badane są dla reakcji uwodorniania aldehydu cynamonowego, furfuralu, 5-hydroxymetylofurfuralu.  Badane są również zagadnienia obejmujące kinetykę i termochemię tworzenia brązów metodą mikrokalorymetryczną.

3) Badanie nieliniowej dynamiki oscylacji towarzyszących reakcji wodoru z metalicznym palladem.  Nieliniowy przebieg sorpcji gazowego wodoru w metalicznym palladzie manifestuje się poprzez oscylacje prędkości wydzielania ciepła towarzyszącego reakcji, czyli oscylacje termokinetyczne mierzone mikrokalorymetrycznie.  Obok nich, mierzone są również in situ zachodzące jednocześnie oscylacje ciśnienia fazy gazowej oraz oscylacje przewodnictwa elektrycznego sorbującego wodór proszku palladowego, które są skorelowane z oscylacjami termokientycznymi.

4) Synteza i charakterystyka właściwości fizykochemicznych i elektrochemicznych porowatych materiałów węglowych dotowanych azotem. Otrzymywanie katalizatorów do reakcji elektroredukcji tlenu z wykorzystaniem składnika węglowego i nanocząstek metali otrzymanych zarówno in-situ, jak i ex-situ.

Stosowane metody badawcze

  • Badanie reakcji uwodorniania w reaktorze "batch type"
  • Analiza produktów reakcji uwodorniania metodami GC, GC-MS
  • Charakteryzacja katalizatorów (metody XRD, XPS, FTIR, Raman, UV-Vis, SEM, TEM, TPR)
  • Pomiary efektów cieplnych metodą mikrokalorymetrii przepływowej do gazów
  • Pomiary metodą cyklicznej woltamperometrii

    Główne osiągnięcia

     

    • Synteza katalizatorów zawierających nanocząstki mono- i bi-metaliczne o kontrolowanej wielkości i właściwościach powierzchniowych
    • Określenie korelacji pomiędzy własnościami powierzchniowymi nanocząstek Pd-Ir i selektywnością reakcji uwodorniania furfuralu
    • Stwierdzenie reaktywności wodoru zawartego w brązach molibdenowym i wolframowym w uprzywilejowanym uwodornianiu wiązań nienasyconych C=C w aldehydzie cynamonowym i furfuralu
    • Zaproponowanie mechanizmu oscylacyjnego wydzielania ciepła w układzie Pd/H
    • Znalezienie dowodu twierdzenia matematycznego przydatnego do odróżniania deterministycznego chaosu od szumu w nieperiodycznych oscylacjach czasowych
    • Dla kompozytów niklowo-węglowych wykazano, że spośród centrów niklowych luźno związanych z nośnikiem węglowym lub zakotwiczonych w matrycy węglowej, bardziej aktywne w elektrochemicznej reakcji utleniania metanolu są te (zakotwiczone w matrycy węglowej) ze względu, na oddziaływanie elektronowe pomiędzy centrum niklowym a ziarnem rurkowym (nanorurką węglową)
    • Dla kompozytów węglowych z nanocząstkami metalicznego kobaltu wykazano, że za aktywność kompozytów traktowanych kwasem w elektrochemicznej reakcji redukcji tlenu odpowiadają centra węglowe wynikające z obecności defektów strukturalnych i grup funkcyjnych zawierających azot. Ponadto, centra węglowe są bardziej aktywne, w badanej reakcji – elektrochemicznej reakcji redukcji tlenu, jeżeli we wnętrzu nanorurek węglowych znajdują się nanocząstki kobaltu, z którymi centra węglowe mogą oddziaływać