Combined novel tools in a mobile setup for catalysis studies
- Reference number
- ITM17-0045
- Start and end dates
- 190101-231231
- Amount granted
- 7 617 527 SEK
- Administrative organization
- Lunds tekniska högskola
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The main objective is to build a mobile complete system that can be brought from the home laboratory to e.g. large scale facilities such as synchrotrons (MAX IV, Petra III etc). The system targets specifically an atomistic approach for the study of heterogeneous catalysis where several parameters can be measured simultaneously and be correlated to get unambigous results on the active phase and active site, as well as how these change with increased pressures and temperatures. The experimental setup can almost be considered a movable "endstation" that can be run both with and without a synchrotron. When the system studied becomes more complex, more parameters needs to be measured simultaneously in order to make correct interpretations of the data. It is planned that the setup will be put together during the first year and a half and ready for a first "test" beamtime at a synchrotron at the end of the second year. The following third year will be optimization and another beamtime or two, to make sure that the system works as intended. The expected result is a setup for spatially and temporally resolved surface and gas phase measurements. The scientifice outcome will be a powerful tool that can be used a different facilities, as well as in the home laboratory. We can see a need both nationally and internationally for such a system and believe that it will have a vast span of users both from academia but also industry related projects.
Popular science description
Sedan Jöns Jacob Berzelius för nästan 200 år sedan myntade begreppet katalys har processens betydelse för samhället ökat till oanade höjder. Katalys går ut på att ett ämne, som inte själv konsumeras, snabbar på eller möjliggör en kemisk reaktion. På så vis kan man minska energiåtgången och man gör både miljömässiga och ekonomiska vinster. Man uppskattar idag att minst ett katalytiskt steg utnyttjas i över 90% av alla industriellt framställda kemikalier. Generellt finns två huvudinriktningar på hur man som forskare vetenskapligt närmar sig katalys för att förstå och ta fram nya, bättre och billigare katalysatorer. Den ena är att genom "trial-and-error" testa sig fram, den andra är att på atomär nivå försöka förstå den bakomliggande fysiken och kemin. Båda har sina styrkor, men under senare år har de försökt nära sig varandra. Studierna på atomär nivå går mot att man försöker använda mer realistiska förhållanden, men då ökar genast komplexiteten och det blir betydligt svårare att tolka resultaten eftersom det är många saker som påverkar processen. Det innebär att man behöver mäta flera saker samtidigt, man behöver göra det ofta (det vi kallar för hög tidsupplösning) och i flera punkter samtidigt (hög spatiell upplösning) vilket i princip innebär att man behöver bilder av temperaturer, tryck, ämnen i gasblandningar, flöden och, inte minst, av ytan (katalysatorn) som studeras. Vissa av dessa saker kan man mäta i sitt hemlaboratorium, om man har rätt utrustning, andra krävs avancerade tyngre anläggningar som t ex den nybyggda synkrotronljusanläggningen MAX IV i Lund. Här är tiden väldigt dyrbar och forskare från hela världen ansöker om tid för att få utföra sina experiment. Oftast beviljas korta tider om några dagar för att komma och genomföra experimentet. Det är därför viktigt att utnyttja dessa unika ljuskällor så effektivt som möjligt. Vi föreslår därför att man skapar en experimentuppställning, ett instrument, som kan användas vid flera olika liknande anläggningar runt om i välden, och som även kan mäta flera av de andra parametrarna som är av intresse, samtidigt. På så vis blir det möjligt att ta ytterligare steg mot realistiska förhållanden och skapa förutsättningar för forskarna att kunna dra slutsatser utifrån samstämmiga resultat. Ett sådant instrument skulle inte bara markera forskningsfronten utan även ge oss möjligheten att med en grundläggande förståelse driva utvecklingen framåt mot ett mer hållbart samhälle.