Nanosystémy v katalýze



Podobné dokumenty
Modul 02 - Přírodovědné předměty

Vyučující po spuštění prezentace může provádět výklad a zároveň vytvářet zápis. Výklad je doprovázen cvičeními k osvojení probírané tématiky.

Nanotechnologie a jejich aplikace. doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti

NANOMATERIÁLY NA PRACOVIŠTÍCH 2008

Typy chemických reakcí

Autorem materiálu je Ing. Dagmar Berková, Waldorfská škola Příbram, Hornická 327, Příbram, okres Příbram Inovace školy Příbram, EUpenizeskolam.

Hydrogenovaný grafen - grafan

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti. Číslo přílohy:vy_52_inovace_ch8.

Základní stavební částice

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA PŘI SEPARACI PLYNŮ A PAR

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

VYUŽITÍ NANOMATERIÁLŮ K VÝROBĚ POTRAVIN SOUČASNÝ STAV V EU

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Přechodné prvky, jejich vlastnosti a sloučeniny

REDOXNÍ REAKCE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Amoniak průmyslová výroba syntetického amoniaku

CHEMICKY ČISTÁ LÁTKA A SMĚS

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

ACH 02 VZÁCNÉPLYNY. Katedra chemie FP TUL VZÁCNÉ PLYNY

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

4. CHEMICKÉ ROVNICE. A. Vyčíslování chemických rovnic

Chemické procesy v ochraně životního prostředí

10 CHEMIE Charakteristika vyučovacího předmětu Vzdělávací obsah

Nanotechnologie v medicíně. Předmět: Lékařská přístrojová technika

Ochrana ovzduší ve státní správě. Sezimovo Ústí, listopadu 2006

Prvky 8. B skupiny. FeCoNi. FeCoNi. FeCoNi

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 4. přednáška

1H 1s. 8O 1s 2s 2p H O H

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9.

GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum:

Heterogenní katalýza


NANOMATERIÁLY JSOU TAKÉ ODPADEM BIOMONITORING NANOMATERIÁLŮ

Slovo úvodem. Historie. Autor: Pavel Řezanka. i na stránky KSICHTu. Co tedy můžete od tohoto seriálu očekávat? V prvním

tvorbou anionu tato schopnost je menší než u kyslíku

Ukončení činnosti AV ČR v roli poskytovatele účelové podpory

Environmentální nanotechnologie

Ch - Stavba atomu, chemická vazba

Oborový workshop pro ZŠ CHEMIE

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor (předmět): Chemie - ročník: PRIMA

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Příprava fotokatalytických core-shell nanočástic reaktivní depozicí tenké vrstvy ZnS na povrch nosných nanočástic Si v plynném prostředí

Chemické názvosloví anorganických sloučenin 1

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

1. Jeden elementární záporný náboj 1, C nese částice: a) neutron b) elektron c) proton d) foton

STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace

BIOLOGICKÉ LOUŽENÍ KAMÍNKU Z VÝROBY OLOVA

KUDY DO NANOSVĚTA Nanosvět. Nanosvět. Nanosvět. K. Záruba. a spousta dalších... nanotechnologie molekulární pinzety. nanověda.

Základy analýzy potravin Přednáška 1

H - -I (hydridy kovů) vlastnosti: plyn - nekov 14x lehčí než vzduch bez barvy, chuti, zápachu se vzduchem tvoří výbušnou směs redukční činidlo

Test pro 8. třídy A. 3) Vypočítej kolik potřebuješ gramů soli na přípravu 600 g 5 % roztoku.

Umělá fotosyntéza. Michael Hagelberg. Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie


Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

Katalýza na nanostrukturách edí

Úpravy chemických rovnic

CZ.1.07/1.5.00/

ZPRACOVÁNÍ ELEKTROODPADŮ V PRAXI

LABORATORNÍ PŘÍSTROJE A POSTUPY

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) oxid manganatý Ca(H 2 BO 3 ) 2 dusitan stříbrný FeBr 3 hydroxid železitý

1. UHLOVODÍKY 1.1. ALIFATICKÉ UHLOVODÍKY ALKANY (parafiny z parum afinis = málo slučivé) C n H 2n+2

Dusík a jeho sloučeniny

HYDROXYDERIVÁTY - ALKOHOLY

RECYKLACE TVRDOKOVOVÉHO ODPADU HMZ PROCESEM. HMZ,a.s., Zahradní 46, Bruntál, ČR,

Využití kalorimetrie při studiu nanočástic. Jindřich Leitner VŠCHT Praha

Nové komerční aplikace

"...s určitými riziky ve vztahu k životnímu prostředí jsou spojeny všechny systémy a druhy lidské činnosti, ať už si toho jsme vědomi, či nikoli...

Chemie = přírodní věda zkoumající složení a strukturu látek a jejich přeměny v látky jiné

Aplikované chemické procesy. Heterogenní katalyzované reakce

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

Technická univerzita v Liberci Laboratoř chemických sanačních procesů Bendlova 1409/7, Liberec

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PŘÍPRAVA A VLASTNOSTI FOTOKATALYTICKÝCH KERAMICKÝCH MATERIÁLŮ

5. Třída - karbonáty

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_09_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Ústřední komise Chemické olympiády. 48. ročník 2011/2012. ŠKOLNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH

Kvalitativní analýza - prvková. - organické

DUM VY_52_INOVACE_12CH01

Chemie. Charakteristika předmětu

chartakterizuje přírodní vědy,charakterizuje chemii, orientuje se v možných využití chemie v běžníém životě

ANODA KATODA elektrolyt:

Ústav organické chemie a technologie. Zajímavosti z našich laboratoří



Kovy a metody jejich výroby

Zdroj: Bioceramics: Propertie s, Characterization, and applications (Biokeramika: Vlastnosti, charakterizace a aplikace) Překlad: Václav Petrák

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL. Ing. Alena Musilová ŠVP cukrář-cukrovinkář; ZPV chemie, 1. ročník ŠVP kuchař-číšník;zpv chemie, 1.

Materiálově neagresivní činidla pro. dekontaminaci. citlivých komponent techniky

Využití kalorimetrie při studiu nanočástic. Jindřich Leitner VŠCHT Praha

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

HYDROXYDERIVÁTY UHLOVODÍKŮ

Vítejte v nanosvětě. J. Leitner Ústav inženýrstv. enýrství pevných látekl VŠCHT Praha

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

Podivuhodný grafen. Radek Kalousek a Jiří Spousta. Ústav fyzikálního inženýrství a CEITEC Vysoké učení technické v Brně. Čichnova

Transkript:

Nanosystémy v katalýze Nanosystémy Fullerenes C 60 22 cm 12,756 Km 0.7 nm 1.27 10 7 m 0.22 m 0.7 10-9 m 10 7 krát menší 10 9 krát menší 1

Stručná historie nanotechnologie ~ 0 Řekové a Římané používají nanočástice sulfidů k barvení vlasů ~ 1000 nanočástice zlata s různou velikostí částic se používají k barvení skla 1959 Richard Feynman předkládá první vizi nanotechnologie - There is plenty of room at the bottom 1974 Nanotechnology - Taniguchi použil poprvé tento pojem 1981 IBM vyvíjí Skenovací Tunelový Mikroskop (STM) 1985 objev Fullerenu C60 1986 objev AFM 1989 pomocí tunelového skenovacího mikroskopu napsal tým vědců na niklový plát 35 xenonovými atomy písmena IBM 1991 objev uhlíkových nanotrubiček (S. Iijima) 2000 americký prezident Bill Clinton vyhlašuje program National Nanotechnology Initiative 2001 tranzistor z nanotrubiček (IBM) Nanotechnologie z pohledu ekonomiky Deutsche Bank obchod s nanotechnolgiemi v roce 2002 dosáhl hodnoty 120 miliard $ V roce 2010 se předpokládá nárůst na 340 miliard $ National Science Foundations (NSF) obchod s nanotechnolgiemi dosáhne v roce 2015 hodnoty 1 bilionu $ 2

Katalyzované reakce Katalyzátor snižuje aktivační energii 1/3 materiálů vyrobených v US má ve svém výrobním procesu zahrnutu katalýzu v 80 až 90 % chemických procesů se využívá katalýzy téměř 85% veškerých katalytických procesů je založeno na heterogenních katalyzátorech rok 2000 prodej katalyzátorů v hodnotě 8.5 miliardy $ Druhy katalyzátorů heterogenní homogenní biologické kovy (makroskopická fáze) sloučeniny kovů (oxidy, sulfidy, atd.) sloučeniny kovů imobilizované na nosiči organometallické slouč. imobilizované na nosiči ionty prvků organometallické slouč. enzymy 3

Proč nanosystémy v katalýze? :8 N = 4096 n = 1352 :8 N = 4096 n = 2368 N = 4096 n = 3584 N celkový počet atomů n počet atomů na povrchu Nanosystémy v katalýze Nanočástice Pt, Pt/Ru, Pt/Ni, Pt/Ru/Ni (3-4 nm) Pt, Pd na Al 2 O 3 (2 5 nm) Pd, Pt, Rh, Pd/Pt (1 4 nm) Pt (28 nm) Pt (7 nm) / uhlíkové nanotrubičky (200 nm) Au (2 nm) / TiO 2 Au (1 20 atomů) / MgO Au, Au/Pt (2 5 nm) Katalytická reakce elektroxidace CO, CH 3 OH, HCOOH hydrogenace propenu hydrogenace cyklooktadienu, oxidace CO dehydrogenace cyklohexenu redukce O 2, oxidace CH 3 OH oxidace CO oxidace CO oxidace CO, CH 3 OH 4

Nanosystémy v katalýze Nanočástice Cu (3-6 nm) TiO 2 (30 nm) Rh (2-3 nm) Pt, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Fe (1-5 nm) / dendrimery Au, Pt, Au/Pt, Pt/Ru (1-5 nm) / PVP Pd (3-6 nm) / PVP Katalytická reakce konverze CH 3 OH a uhlovodíků pro palivové články fotodegradace barviv hydrogenace benzenu a fenylacetylenu hydrogenace, redukce O 2, vznik C-C vazeb oxidace, hydrogenace Suzukiho reakce Katalytická oxidace CO CO + ½O 2 CO 2 reakce je exotermní (283 kj/mol) velká aktivační bariéra (rozštěpení vazby O O) na katalyzátoru (přechodný kov) dochází k disociativní chemisorpci kyslíku 5

Katalytická oxidace CO Nobelova cena za chemii 2007 Gerhard Ertl "for his studies of chemical processes on solid surfaces (http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/) studoval katalytickou oxidaci CO na Pt povrchu Katalytická oxidace CO 6

Katalytická oxidace CO Oxidace CO a H 2 na Au/a-Fe 2 O 3 M. Haruta et al., J. Catal. 115, 301 (1989) Katalytická oxidace CO Oxidace CO na Au/TiO 2 jen částice Au o určité velikosti jsou aktivní M. Valden et al., Science 281, 1647 (1998) 7

Fischer Tropsch syntéza (2n+1) H 2 + n CO C n H 2n+2 + n H 2 O 2n H 2 + n CO 2n H 2 + n CO C n H 2n + n H 2 O C n H 2n+1 OH + (n-1) H 2 O (200 350 C, 0.1 3 MPa, katalyzátory na bázi Co, Fe, Cu) 1.11 CH 4 + 0.72 O 2 2H 2 + CO + 0.11 CO 2 + 0.22 H 2 O 1.78 CH 4 (uhlí) + 0.5 O 2 +1.56 H 2 O 2H 2 + CO + 0.78 CO 2 Fischer Tropsch syntéza změnou pokrytí TiO 2 nanočástic na povrchu Ru lze ovlivnit aktivitu tohoto katalyzátoru a také selektivitu reakce ve prospěch uhlovodíků s delším řetězcem T. Komaya et al., J. Catal. 150, 400 (1994). 8

Palivové články H 2 2 H + + 2 e - ½O 2 + 2 e- O 2- H 2 + ½O 2 H 2 O Palivové články zvýšení aktivity optimalizace tvaru a velikosti Pt nanočástic N. Tian, et al. Science 316 (2007) 732 735. změna tvaru a velikosti Pt nanočástic umožnila zvýšení rychlosti oxidace ethanolu 4 5 násobně 9

Palivové články zvýšení aktivity použití kompozitních nanočástic R. Srivastava, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (2007) 8988 8991. Palivové články zvýšení aktivity snížení možnosti otravy katalyzátoru anionty HSO 4- se mnohem lépe adsorbují na krystalické roviny (111) než na (100) více aktivních míst pro adsorpci O 2 C. Wang, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 47 (2008) 3588 3591. 10

Fotokatalýza TiO 2 1971 Fujishima & Honda (TiO 2 ) Fotokatalýza Pilkington Activ Self Cleaning Glass Dlažební kostky (Mitsubischi) - odstraňování NOx z ovzduší 11

Štěpení vody H 2 O H 2 + ½ O 2 samovolně nad 2000 C více jak 200 termochemických cyklů štěpení vody Termochemický cyklus účinnost teplota S / I (H 2 SO 4 /I 2 ) 38 % 900 C Zn / ZnO 44 % 1900 C Fe 3 O 4 / FeO 42 % 2200 C CdSO 4 46 % 1100 C Cu / Cl 2 41 % 550 C Fotochemické štěpení vody H 2 O H 2 + ½ O 2 DG = 237 kj/mol (1.3 ev/e, l min = 1100 nm) k dnešnímu datu známo více jak 130 materiálů TiO 2, SrTiO 3, Ta 2 O 5, K 2 Sr 1.5 Ta 3 O 10, ZnNb 2 O 6, WO 3, CeO 2, ZrO 2, Cu 2 O (F. E. Osterloh; Inorganic Materials as Catalysts for Photochemical Splitting of Water; Chem. Mater. 2008, 20, 35-54.) Pro komerční použití rozhodující účinnost (>10%) a poměr účinnost/cena 12

Děkuji za pozornost 13