Advanced electron microscopy characterization of catalysts

Datum: 24 mei 2016

Locatie: Campus Middelheim, G0.10 - Middelheimlaan 1 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Maria Meledina

Promotor: Gustaaf Van Tendeloo & Stuart Turner

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Maria Meledina - Departement Fysica



Abstract

In ons dagelijks leven gebruiken we voortdurend producten waarbij katalysatoren betrokken zijn. In de chemische industrie, bijvoorbeeld, worden ongeveer 85-90% van de producten verkregen door middel van katalytische processen. De meerderheid van de katalysatoren in de industrie zijn heterogeen, d.w.z. dat de katalysator vast is en dat de reactanten aanwezig zijn in de gasvormige fase of de vloeistoffase. Voor deze toepassingen is het gunstig om materialen met een groot oppervlak te gebruiken, zoals bijvoorbeeld nanodeeltjes en poreuze materialen.

Katalyse vereist multidisciplinaire kennis in chemie, fysica, technologie en materiaalkunde, waarbij een zeer breed onderzoeksgebied wordt bestudeerd, van de katalysator synthese, uittesten van de verschillende parameters, het begrijpen van het mechanisme tot het optimaliseren van het volledige proces. Het is erg belangrijk om de katalysator te volgen doorheen het volledige proces door middel van een nauwkeurige karakterisering. Op deze manier kunnen “zwakke punten”, die leiden tot efficiëntieverlies en degradatie door veelvuldig gebruik, gevonden en geminimaliseerd worden. Transmissie elektronenmicroscopie is een krachtige techniek om informatie over de morfologie, kristallografische structuur en chemische samenstelling van het onderzochte materiaal te bekomen. Aangezien de heterogene katalysatoren vaak nanodeeltjes of ingebedde nanodeeltjes zijn, kan informatie verkregen worden door elektronenmicroscopie, waarbij de organisatie van de katalysator tot op atomaire schaal kan onderzocht worden. Een nauwgezette opvolging van de veranderingen die plaatsvinden in de katalysator, zoals agglomeratie en het sinteren van deeltjes,  vorming van een nieuwe kristalstructuur of reductie/oxidatie van bepaalde elementen, is mogelijk door het gebruik van verschillende TEM technieken. Hierdoor, worden de nodige gegevens verzameld voor een slim ontwerp van nieuwe katalysatoren.

De materialen, onderzocht in dit doctoraatswerk, kunnen opgesplitst worden in drie groepen: oxide nanodeeltjes, nanodeeltjes ingebed in MOFs en nanodeeltjes ingebed in poreuze silica. Elektronenmicroscopie werd gebruikt als voornaamste karakteriseringstechniek. De meest voorkomende vragen die beantwoord werden door middel van de karakterisering van de katalysator, hebben betrekking tot het mechanisme van de katalytische reacties en de manier waarop het bestaande materiaal verbeterd kan worden. De informatie die verkregen werd aan de hand van elektronenmicroscopie, heeft bijgedragen tot het beantwoorden van een aantal van deze vragen.