Aktivitet och stabilitet hos nano-material
- Diarienummer
- F06-0006
- Start- och slutdatum
- 080301-140301
- Beviljat belopp
- 8 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
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. Styrkan är att kombinationen av detaljerad kinetikmodellering och karakterisering gör det möjligt att utveckla modeller som kan beskriva hur materialets struktur påverkar aktiviteten och selektiviteten. För att göra detta behöver jag vidareutveckla metodiken för 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, genom att använda högupplöst TEM, kalorimeter, experiment med isotopmärkta gaser, FTIR, XPS och flödesreaktorer. Detaljerad kinetikmodellering och metodiken för dem kommer att utvecklas. Modellerna kommer att inkludera öbildning, ytrekonstruktion, strukturkänslighet, reaktioner på singelsäten, etc., om nödvändigt. Resultaten kommer att användas för att föreslå hur materialen skall vara konstruerade och kombinerade. Vidare, vi kommer att få information om vilken effekt materialets struktur har på aktiviteten, de hastighetsbestämmande stegen, och hur entalpin varierar med täckning, partikelstorlek, utbytesgrad, etc. Vi förväntar att få kunskap om frågor som: Vilken roll har partikelstorleken? Vilka är mekanismerna för synergin mellan olika material? Hur påverkas nanopartiklarnas stabilitet av gasatmosfären?
Populärvetenskaplig beskrivning
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.