Naslov
Hidrotermalna sinteza i karakterizacija bakrom dopiranoga cerijeva(IV) oksida
(Hydrothermal synthesis and characterization of copper doped cerium(IV) oxide)

Autori
Mužina, Katarina

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
21.07

Godina
2022

Stranica
114

Mentor
Kurajica, Stanislav

Ključne riječi
bakar ; cerijev(IV) oksid ; dopiranje ; hidrotermalna sinteza ; hlapivi organski spojevi ; kataliza ; rast zrna
(copper ; cerium(IV) oxide ; doping ; hydrothermal synthesis ; volatile organic compounds ; catalysis ; grain growth)

Sažetak
Cerijev(IV) oksid (CeO2) jedan je od najvažnijih oksida lantanoida te se intenzivno primjenjuje u različitim područjima od poliranja, proizvodnje i skladištenja energije, zaštite okoliša do najistraživanije katalize. Svojstvo CeO2 ključno za primjenu u katalizi je sposobnost parcijalne redukcije Ce4+ u Ce3+ unutar kristalne rešetke bez narušavanja strukture pri čemu nastaju vakancije kisika. Kisikove vakancije mogu se slobodno kretati unutar kristalne rešetke te se na njih mogu lako adsorbirati molekule kisika iz okoline. Smanjenje veličine čestica te dopiranje raznim elementima s nižom valencijom i radijusom dodatno potiče stvaranje vakancija kisika te poboljšava primjenska svojstva cerijevog oksida. Među brojnim metodama sinteze nanomaterijala hidrotermalna metoda ističe se svojom jednostavnošću, ekološkom prihvatljivošću, niskom cijenom te mogućnošću dobivanja produkata visoke čistoće i homogenosti te male veličine čestica. U ovom radu hidrotermalnom metodom pripremljene su nanočestice bakrom dopiranoga cerijeva(IV) oksida (CuxCe1-xO2, x = 0, 0, 1, 0, 2, 0, 3, 0, 4 i 0, 5), toplinski obrađene i temeljito analizirane različitim metodama karakterizacije nanomaterijala. Katalitička aktivnost pripremljenih nanokatalizatora ispitivana je na procesu oksidacije hlapivih organskih spojeva korištenjem plinovite mješavine benzena, toluena, etilbenzena i o-ksilena (BTEX). Provedena je i kinetička analiza rasta zrna pri izotermnim uvjetima s ciljem utvrđivanja utjecaja dodatka bakra na toplinsku stabilnost cerijeva(IV) oksida. Rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD) utvrđeno je da do nominalnog udjela od 40 mol. % Cu ne dolazi do pojave sekundarnih faza. Veličine kristalita uzoraka bez toplinske obrade dosad su nezabilježene za bakrom dopirani cerijev(IV) oksid te iznose ispod 4 nm. Veličine čestica određene transmisijskom elektronskom mikroskopijom (TEM) u suglasju su s vrijednostima dobivenim za veličine kristalita. Masenom spektrometrijom induktivno spregnute plazme (ICP-MS), energijski razlučujućom rendgenskom spektroskopijom (EDS) i rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) utvrđeno je da je stvarni udio bakra u uzorcima manji od nominalnog. Međutim, sveukupni rezultati pokazuju kako dodatak bakra ima pozitivan utjecaj na brojna svojstva CeO2, što uključuje smanjenje zabranjene zone, poboljšanje reducibilnosti i toplinske stabilnosti, te povećanje katalitičke aktivnosti. Dobiveni rezultati ukazuju na postojanje snažne interakcije između bakra i CeO2, što bi značilo je došlo do stvaranja čvrste otopine. Među pripremljenim uzorcima posebno se ističe uzorak s nominalnim udjelom bakra od 40 mol. % kao uzorak s najboljom toplinskom stabilnošću u cijelom ispitivanom području (od 300 do 700 °C), najboljom katalitičkom aktivnošću za ispitivane hlapive organske spojeve, te najvećim udjelom vakancija kisika u strukturi.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemija, Kemijsko inženjerstvo, Temeljne tehničke znanosti

POVEZANOST RADA