Научноизследователски проект · ДФНИ-ДН19/2
Адсорбция и конверсия на азотни оксиди върху системи, съдържащи цериев диоксид

Изследване на взаимодействията между NOx и церий-съдържащи материали с цел по-добро разбиране на повърхностните реакции и развитието на ефективни катализатори.

Период
14.12.2017 – 27.01.2027
Финансиране
Фонд „Научни изследвания“

Контекст

За проекта

Контролът на емисиите от азотни оксиди е важен проблем в екологичната химия. Цериевият диоксид участва в редица адсорбенти и катализатори заради редокс свойствата си. Проектът изследва как различни церий-съдържащи повърхности взаимодействат с азотните оксиди и как се променят образуваните съединения при различни условия.

Работата съчетава експериментални изследвания и теоретично моделиране. Разглеждат се съставът и морфологията на материалите, предварителната им обработка и степента на хидроксилиране на повърхността.

Основен оксид
CeO2
Смесени оксиди
CeO2–ZrO2
Активен метал
Pt / цериеви системи
Изследвани молекули
NO, NO2, N2O

Изследователски фокус

Цели

Основната цел е да се подпомогне ефективният дизайн на катализатори, съдържащи CeO2, за конверсия на азотни оксиди. За това се изследват взаимодействията между NOx и материалите, както и свойствата и реактивоспособността на получените повърхностни съединения.

01 · Цериев диоксид
Изясняване на взаимодействието и конверсията на NOx върху CeO2 при различни предварителни обработки и в различни реакционни условия.
02 · Смесени оксиди
Изследване на системи CeO2–ZrO2 и определяне на влиянието на циркониевия оксид върху взаимодействията.
03 · Платина
Установяване на ролята на нанесената Pt в системи CeO2 и CeO2–ZrO2 при адсорбция и конверсия на NOx.

Изследователска работа

Програма на проекта

Работните пакети проследяват материалите от синтеза и охарактеризирането до изследването на реакциите и разпространението на резултатите.

Работни пакети 1–3 · CeO2 и NOx

1. Синтез и първоначално охарактеризиране. Изследват се търговски и лабораторно синтезирани церий-съдържащи материали с различен произход и морфология, включително смесени CeO2–ZrO2 оксиди и образци с нанесена Pt. Използват се методи за структурно и физикохимично охарактеризиране.

2. Взаимодействие на NOx със стехиометричен CeO2. Изучават се образуваните повърхностни съединения, използват се изотопно белязани молекули и теоретично моделиране, а реактивоспособността се проверява спрямо редукционни агенти.

3. Взаимодействие на NOx с редуциран CeO2. Изследват се образци с различна степен на редукция и хидроксилиране, реакциите с окислителни и редукционни агенти и съответните модели с повърхностни дефекти.

Работни пакети 4–5 · смесени CeO2–ZrO2 оксиди

4. Стехиометрични смесени оксиди. Изследва се взаимодействието на NOx със системи CeO2–ZrO2 чрез експериментални методи и моделиране на смесени оксидни повърхности и наночастици.

5. Редуцирани смесени оксиди. Изучава се влиянието на различния състав, кислородните ваканции и повърхностните хидроксилни групи върху взаимодействието и конверсията на NOx.

Работни пакети 6–7 · системи с нанесена Pt

6. Активирани Pt/CeO2 и Pt/CeO2–ZrO2. Изследват се морфологията на Pt, влиянието на носителя и условията на калциниране, както и участието на Pt в реакциите на конверсия на NOx.

7. Редуцирани системи с Pt. Определя се влиянието на предварителната обработка и степента на окисление на Pt. Експерименталните резултати се съпоставят с изчислителни модели на системите с дефекти.

8. Разпространение на резултатите
Публикации и участия в научни форуми, взаимодействие с индустрията и представяне на научните резултати пред обществото.
9. Управление и докладване
Координация между изследователските групи, периодични работни срещи и финансово и научно отчитане.

Сътрудничество

Екип и партньори

Базова организация
Институт по обща и неорганична химия – БАН
Ръководител: акад. проф. дхн Константин Хаджииванов
проф. д-р Михаил Михайлов
доц. д-р Елена Иванова
доц. д-р Кристина Чакърова
доц. д-р Станислава Андонова
доц. д-р Никола Дренчев
Олег Лагунов
Партньор
Софийски университет „Св. Климент Охридски“
проф. д-р Християн Александров
проф. д-р Петко Петков
гл. ас. д-р Мирослав Рангелов
д-р Искра Колева
Николай Даскалов
Кристина Симеонова
Проектът е финансиран от Фонд „Научни изследвания“ по конкурс „Финансиране на научни изследвания – 2017 г.“

Научен принос

Резултати

9
публикации, посочени на страницата на проекта
10
представяния на научни форуми
1
награда за най-добър постер
Научни публикации

1. C. Megías-Sayago et al. “Understanding the Role of the Acid Sites in 5-Hydroxymethylfurfural Oxidation to 2,5-Furandicarboxylic Acid Reaction over Gold Catalysts: Surface Investigation on CexZr1–xO2 Compounds.” ACS Catalysis, 8 (2018), 11154–11164.

2. S. Andonova et al. “Pt/CeOx/ZrOx/γ-Al2O3 Ternary Mixed Oxide DeNOx Catalyst: Surface Chemistry and NOx Interactions.” The Journal of Physical Chemistry C, 122 (2018), 12850–12863.

3. S. Andonova et al. “Effects induced by interaction of the Pt/CeOx/ZrOx/γ-Al2O3 ternary mixed oxide DeNOx catalyst with hydrogen.” Catalysis Today, 357 (2020), 664–674.

4. M. Y. Mihaylov et al. “Revisiting ceria–NOx interaction: FTIR studies.” Catalysis Today, 357 (2020), 613–620.

5. A. I. Stadnichenko et al. “Study of active surface centers of Pt/CeO2 catalysts prepared using radio-frequency plasma sputtering technique.” Surface Science, 679 (2019), 273–283.

6. I. Z. Koleva et al. “Influence of the adsorption of CO on the electronic structure of platinum clusters and nanowires deposited on CeO2(111) and γ-Al2O3(001) surfaces.” Catalysis Today, 357 (2020), 442–452.

7. M. Y. Mihaylov et al. “Infrared spectra of surface nitrates: Revision of the current opinions based on the case study of ceria.” Journal of Catalysis, 394 (2021), 245–258.

8. T. Tsoncheva et al. “Nickel-Decorated Mesoporous Iron–Cerium Mixed Oxides: Microstructure and Catalytic Activity in Methanol Decomposition.” ACS Applied Materials & Interfaces, 14 (2022), 873–890.

9. K. Khivantsev et al. “Single Ru(II) ions on ceria as a highly active catalyst for abatement of NO.” Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c09873.

Представяния на научни форуми
  1. “Spectroscopic identification of NOx adsorption forms on ceria supported by isotopic labelling and DFT calculations.” Ceria 2018, Барселона, постер.
  2. “Formation and reactivity of surface azides on non-stoichiometric ceria.” Ceria 2018, Барселона, постер, награда за най-добър постер.
  3. “Revisiting ceria–NOx interaction: FTIR studies.” Международен симпозиум по хетерогенна катализа, София, 2018, поканен устен доклад.
  4. “Pt/CeOx/ZrOx/Al2O3 ternary mixed oxide DeNOx catalyst: surface chemistry and NOx interaction.” София, 2018, устен доклад.
  5. “DFT modelling of structure and reducibility of Zr-doped ceria nanoparticles.” NANO 2018, София, постер.
  6. “DFT modeling of nanomaterials used as catalysts.” SNN’2019, София, устен доклад.
  7. “Structure and reducibility of Ce140−xZrxO280 and Ce40−yZryO80 nanoparticles: a DFT study.” NANO 2019, София, постер.
  8. “Surface nitrates on nanoceria: effect of Zr substitution.” Workshop on Size-Dependent Effect in Materials, Поморие, 2021, постер.
  9. “Synthesis and physicochemical characterization of active CeO2 materials.” Workshop on Size-Dependent Effect in Materials, Поморие, 2021.
  10. “Capture of CO2 by CeO2 materials of different origin and CeO2(75%)ZrO2(25%).” Workshop on Size-Dependent Effect in Materials, Поморие, 2021.
Резултатите са представяни и на Седмицата на бенефициентите на Фонд „Научни изследвания“, както и в научни срещи и лекции в България и чужбина.

NOx-Ceria · ДФНИ-ДН19/2 · Институт по обща и неорганична химия – БАН и Софийски университет „Св. Климент Охридски“