Activity and stability of nano- materials
- Reference number
- F06-0006
- Start and end dates
- 080301-140301
- Amount granted
- 8 500 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The objective is to investigate the activity and stability of nano-materials. This will be applied on materials for emission cleaning, fuel cells and sensors. It is the functionality of the materials that is the focus. The strong point is that the combination of detailed kinetic modelling and characterization makes it possible to develop models that can describe the effect the structure of the material has on the activity and selectivity. In order to do this I need to further develop the methodology for kinetic modelling. We will start by synthesising materials, e.g. supported Pt and Rh and ion exchanged zeolites (Fe and Cu). The materials will be characterized thoroughly and activity measured using high resolution TEM, calorimeter, isotope labelled gases, FTIR, XPS and flow reactors. Detailed kinetic models and the methodology for them will be developed. The models will include island formation, surface reconstruction, structure sensitivity, single sites, etc, when necessary. The results will be used to suggest how the materials should be constructed and combined. Further, we will get information about the effect the structure has on the activity, the rate determining steps, and how the enthalpy varies with coverages, particle size, loading, etc. We expect to get knowledge about questions like: What role has the particle size? What are the mechanisms for the synergy between different materials? How is the stability of the nano-particles influenced by the gas atmosphere?
Popular science description
Användandet av fossila bränslen är enormt i världen. Detta orsakar en hög produktion av CO2, vilket resulterar i en ökad växthuseffekt. Detta innebär mycket stora problem för vår miljö. De flesta motorer idag använder stökiometrisk blandning mellan luft och bränsle, men om istället överkott av luft används, såsom i dieselmotorer, skulle bränsleförbrukningen kunna minskas med så mycket som 30 %. Den konventionella katalysatorn kan dock ej rena emissionerna från kväveoxider (NOx), vid syreöverskott. Eftersom NOx bidrar till försurning och smog är det kritiskt att minska emissionerna av denna komponent. En annan möjlig metod för att reducera CO2 utsläppen är att använda bränsleceller för fordon. I en bränslecell ingår flera katalytiska processer. Syftet är att undersöka aktiviteten och stabiliteten hos nanomaterial. Detta kommer att tillämpas på material för emissionsrening, bränsleceller och sensorer. Det är materialets funktionalitet som är fokus. Projektet innehåller tre delar: preparering av material, karakterisering och detaljerad kinetikmodellering. Styrkan i detta arbete är att kombinationen av detaljerad kinetikmodellering och karakterisering gör det möjligt att utveckla modeller som kan beskriva vilken effekt materialets struktur har på aktiviteten och selektiviteten. Eftersom det slutliga målet med min forskning är att kunna simulera nya katalysatorer utan experiment, behöver jag förstå synergin mellan material, ytmobilitet, stabilitet, vilka säten som är aktiva, interaktionen med bärare och promotorer, reaktion på singelsäten, etc, vilket är målet med detta projekt. För att göra detta behöver jag vidareutveckla metodiken för detaljerad kinetikmodellering. Vi kommer att starta med att syntetisera material, t.ex. Pt och Rh på bärarmaterial och jonutbytta zeoliter (Fe och Cu). Materialen kommer att karakteriseras noggrant och aktivitet mätas, med högupplöst TEM, kalorimeter, XPS, isotopmärkta gaser, FTIR och flödesreaktorer. Detaljerad kinetikmodellering och metodiken för dem kommer att utvecklas och de kombinerade resultaten kommer att användas för att föreslå hur materialen skall vara konstruerade och kombinerade och ge oss insikt i hur materialets struktur påverkar aktiviteten. Den nya kinetikmodelleringsmetodiken kommer också att inkludera öbildning, ytrekonstruktion, strukturkänslighet, reaktioner på singelsäten, etc., om nödvändigt. Vidare, vi kommer också att få information om mekanismer och hastighetsbestämmande steg.