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Evolving Single-Atom Catalysis: Fundamental Insights for Rational Design

Descrizione del progetto

La catalisi a singolo atomo sta guadagnando il primato in un campo affollato

I catalizzatori sono essenziali per la produzione rapida di sostanze chimiche specifiche in quantità elevate, accelerando la velocità di reazione senza essere consumati dalle reazioni stesse. Tuttavia, nonostante non vengano consumati, essi sono in genere metalli preziosi, motivo per cui le ricerche sulla catalisi sono motivate in gran parte dalla necessità di ridurre l’utilizzo di questi materiali. I catalizzatori a singolo atomo (SAC, Single-Atom Catalyst), costituiti da singoli atomi dispersi su un supporto, sono in primo piano nella ricerca sulla catalisi eterogenea, in quanto riducono la necessità di metalli preziosi e contribuiscono potenzialmente all’«inverdimento» della produzione chimica per una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, la mancata comprensione delle relazioni tra struttura e funzione ne ha impedito una progettazione razionale. Il progetto E-SAC, finanziato dall’UE, sta caratterizzando gli atomi di metallo fortemente ancorati su cinque supporti di rilevanza industriale e sta valutando le loro attività per identificare i più adatti a specifici tipi di reazione. Questo aprirà una nuova era di progettazione razionale di catalizzatori a singolo atomo per un’industria chimica più verde e sostenibile.

Obiettivo

Rare and expensive metals tend to be the best catalysts, and minimising or replacing them is a major research target as we strive to develop an economy based on more environmentally-friendly, energy-efficient technologies. Single-atom catalysis (SAC) represents the ultimate in efficiency, and the chemical bonds formed between the metal atom and the support mean these systems strongly resemble the organometallic complexes utilized in homogeneous catalysis. If all active sites were identical, single-atom catalysts (SACs) could achieve similar levels of selectivity, and even be used to heterogenize difficult reactions that must be currently performed in solution. There is a problem however: homogeneous catalysts are designed based on well-understood structure-function relationships. In SAC, the structure of the active site is unknown, thus rational design is impossible.
My group in Vienna has pioneered the use of the model supports to understand fundamental mechanisms in SAC. Our work with Fe3O4(001) proves that we can precisely determine and even selectively modify the active site, and unravel the role of structure in catalytic activity. Real progress, however, requires realistic active sites, realistic supports, and realistic environments. In this project, I describe how we will determine the sites that robustly anchor metal atoms on five of the most important supports in ultrahigh vacuum (UHV), and test their performance in newly-developed high-pressure and electrochemical cells. The origins of selectivity for PROX, hydrogenation, hydroformylation, methane conversion, and the oxygen reduction reaction (ORR) will be elucidated, and the best atom/support combinations for each reaction identified. Robust XANES and IRAS spectra will allow us to bridge the complexity gap and recreate the optimal active sites on real SACs and lead the way into a new era in which heterogeneous catalysts are designed for purpose, based on a fundamental understanding of how they work.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: Il Vocabolario Scientifico Europeo.

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Parole chiave

Parole chiave del progetto, indicate dal coordinatore del progetto. Da non confondere con la tassonomia EuroSciVoc (campo scientifico).

Programma(i)

Programmi di finanziamento pluriennali che definiscono le priorità dell’UE in materia di ricerca e innovazione.

Argomento(i)

Gli inviti a presentare proposte sono suddivisi per argomenti. Un argomento definisce un’area o un tema specifico per il quale i candidati possono presentare proposte. La descrizione di un argomento comprende il suo ambito specifico e l’impatto previsto del progetto finanziato.

Meccanismo di finanziamento

Meccanismo di finanziamento (o «Tipo di azione») all’interno di un programma con caratteristiche comuni. Specifica: l’ambito di ciò che viene finanziato; il tasso di rimborso; i criteri di valutazione specifici per qualificarsi per il finanziamento; l’uso di forme semplificate di costi come gli importi forfettari.

ERC-COG - Consolidator Grant

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

Procedura per invitare i candidati a presentare proposte di progetti, con l’obiettivo di ricevere finanziamenti dall’UE.

(si apre in una nuova finestra) ERC-2019-COG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN
Contributo netto dell'UE

Contributo finanziario netto dell’UE. La somma di denaro che il partecipante riceve, decurtata dal contributo dell’UE alla terza parte collegata. Tiene conto della distribuzione del contributo finanziario dell’UE tra i beneficiari diretti del progetto e altri tipi di partecipanti, come i partecipanti terzi.

€ 1 993 718,00
Indirizzo
KARLSPLATZ 13
1040 Wien
Austria

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Regione
Ostösterreich Wien Wien
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale

I costi totali sostenuti dall’organizzazione per partecipare al progetto, compresi i costi diretti e indiretti. Questo importo è un sottoinsieme del bilancio complessivo del progetto.

€ 1 993 718,00

Beneficiari (1)

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