Opis projektu
Spojrzenie na dynamikę katalizatorów w skali atomowej
Katalizatory to substancje, które zwiększają prędkość reakcji chemicznej. Celem finansowanego ze środków UE projektu TACCAMA jest zbadanie korelacji pomiędzy dynamiką a aktywnością katalizatorów modelowych w skali atomowej. Aby tego dokonać, badacze wprowadzą tunelowy mikroskop skaningowy o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej bezpośrednio do mieszanin reaktywnych gazów. Pozwoli im to na zbadanie zmian zachodzących w obrębie struktury cząsteczek katalizatora i substratów w warunkach reakcji. Wykorzystując niewielkie skupiska o znanej liczbie atomów badacze zbadają zjawisko pojawiania się i zanikania struktur wysoce reaktywnych cząsteczek, a także przyjrzą się mechanizmowi kontroli tego procesu oraz jego wpływowi na funkcję katalizatora. Zdobyta wiedza może przyczynić się do opracowania bardziej opłacalnych alternatyw dla powszechnie stosowanych katalizatorów zawierających metale szlachetne.
Cel
From fine chemical synthesis over combustion control to electrode design – the majority of chemical reactions rely on catalysts to improve energy and material efficiency. Yet, the atomic-scale processes underlying a catalytic reaction at elevated pressures are far less well-understood than one might expect. Indeed, the successful optimization of industrial catalysts is typically achieved by ‘trial and error’. If we precisely understood the correlation between catalyst dynamics and activity, we could instead design stable, yet intrinsically dynamic (i.e. structurally fluxional) catalysts, drastically reduce our waste of noble metals by using only the most active particles and replace rare and toxic materials.
This project constitutes a fundamental and systematic investigation of heterogeneous catalysis in action. My aim is to map the pressure and temperature range in which supported particle catalysts are stable, and correlate particle size and support morphology with dynamics and stability. To do so, I will combine my experience with surface dynamics studies, video-rate scanning tunneling microscopy (STM), ambient pressure (AP) surface science and cluster research. State-of-the-art video-rate APSTM will enable me to observe catalyst dynamics such as sintering, adsorbate spillover onto the support, dynamic structural fluxionality of clusters and support roughening as a function of reactant partial pressure and temperature. The novelty of this project lies in the direct observation of catalyst particles, defined to the exact number of atoms, under realistic reaction conditions in order to tune reactivity by controlling their dynamics and stability on structurally and electronically optimized oxide supports. AP X-ray photoelectron spectroscopy (APXPS) will supply complementary information about chemical changes occurring in cluster and support. The knowledge gained will contribute to the targeted design of more active and efficient catalysts for specific applications.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
80333 Muenchen
Niemcy