|
|
Theoretical Investigation of the Zeolite Hydrolysis under Realistic Conditions
Jin, Mengting ; Grajciar, Lukáš (vedoucí práce) ; Chizallet, Céline (oponent) ; Piskorz, Witold (oponent)
Zeolity jsou jedním z nejpoužívanějších a průmyslově nejdůležitějších materiálů. Používají se v různých komerčních aplikacích, zejména v heterogenní katalýze, adsorpčních/separačních aplikacích a jako iontoměniče. Zeolity jsou stabilní při vystaveníkapalné vodě nebo vodní páře za běžných podmínek a vykazují vysokou tepelnou stabilitu. Zeolity však mohou být za určitých podmínek částečně nebo dokonce zcela hydrolyzovány. Tato hydrolytická nestabilita zeolitů může být považována v některých aplikacích za zásadníproblém, zatímco v jiných aplikacích za užitečný prostředek pro optimalizaci vlastností katalyzátoru. Důkladné studie hydrolytických mechanismů za realistických podmínek (vysoké nasycení zeolitů vodou, alkalické pH, vysoké koncentrace heteroatomů, atd.) a za použití realistických modelů (dynamické simulace s přesností ab initio metod) však většinou chybí. Tato disertační práce využívá ab initio výpočty k systematickému studiu mechanismu hydrolýzy zeolitů za reálných podmínek, včetně: (1) mechanismu hydrolýzy germanosilikátového zeolitu UTL, (2) hydrolýzy křemičitého zeolitu CHA za alkalických podmínek a (3) identifikace povahy oktaedrálně koordinovaného typu hliníku spojeného se zeolitickou mříží, Al(Oh), v aluminosilikátovém zeolitu CHA v přítomnosti vody v zeolitické mříži. Hlavní výsledky...
|
|
|
Theoretical insights into encapsulated noble metals
Hou, Dianwei ; Heard, Christopher James (vedoucí práce) ; Logsdail, Andrew (oponent) ; Rubeš, Miroslav (oponent)
Vzácné kovy se často využívají průmyslově, zejména kvůli svým mimořádným katalytickým a optickým vlastnostem. Vzhledem k jejich nízkému výskytu a s tím související vysoké ceně, je třeba maximalizovat využití každého jednotlivého atomu vzácného kovu. V poslední době se podařilo připravit subnanometrové klastry nebo dokonce izolované atomy, a to navzdory veliké tendenci těchto kovů aglomerovat do větších celků. Rovněž bylo ukázáno, že rezistence vůči aglomeraci je posílena jsou-li kovovéatomy nebo klastry zachyceny v oxidickématrici, například ve vrstevnatých dvourozměrných materiálech nebo v kanálech zeolitů. Detailní pochopení mechanismu záchytu a stabilizace kovů a kovových klastrů není znám a není tedy ani jasné, jakým způsobem je možné optimalizovat vlastnosti těchto materiálů. Stejně tak vztah mezi elektronovou strukturou kovů/kovových klastrů zachycených v matrici a jejich katalytickými vlastnostmi je znám pouze částečně. V této práci jsme použili širokou škálu teoretických metod od globální optimalizace až po kinetickéMonte Carlo abychom identifikovali vliv velikosti kovového klastru, jeho náboje a typu adsorbentu na stabilitu, katalytickévlastnosti a optickévlastnosti kovových nanočástic. Práce je rozdělena do tří sekcí: (1) Struktura, stabilita a migrace platinových a zlatých klastrů...
|
|
|
Theoretical Investigation of Low-dimensional Magnetic Materials
Li, Shuo ; Grajciar, Lukáš (vedoucí práce) ; Frauenheim, Thomas (oponent) ; Jelínek, Pavel (oponent)
Nízkorozměrné struktury, jako například grafen, dvourozměrné chalkogenidy tranzitních kovů či jednorozměrná vlákna chalkogenidů, jsou atraktivní pro jejich potenciální aplikace ve spintronice a valleytronice a to právě kvůli vlastnostem vyplývajícím z nízkorozměrné struktury. Novékoncepce v elektronice a spintronice se opírají o využití jednorozměrných (1D) a dvourozměrných (2D) struktur. Většina 1D a 2D struktur není magnetická, což představuje významnou překážku k přímočarým aplikacím ve spintronice. Je proto pochopitelné, že objevování nových nízkorozměrných magnetických struktur je velkou výzvou současné materiální chemie a fyziky. Velkou výzvou je rovněž valleytronika, která přináší nové možnosti ukládáníinformací. Předmětem předkládané práce je teoretické studium magnetických a elektronických vlastnostínízkodimenzionálních struktur. Geometrické, elektronickéa magnetickévlastnosti několika tříd 2D a 1D materiálů byly zkoumány pomocímetod funkcionálu hustoty (DFT). V práci je popsána řada nových materiálů s širokou škálou magnetických vlastností a ukazuje na možné způsoby jejich budoucího využití. Mez popisované materiály patří 2D MXeny, 1D nanovlákna tetrasulfidu vanadu a 2D nesymetricky substituované(Janus) dichalkogenidy, které všechny vykazují parametry požadované k aplikacím ve...
|
|
|
Theoretical Investigation of Mechanisms of Chemical Reactions Taking Place in Microporous Materials
Položij, Miroslav
Pomocí výpočetních metod byly zkoumány mechanismy tří chemických reakcí: Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce katalyzované organokovovým materiálem (tzv. "metal- organic framework") Cu3BTC2 a intramolekulární cyklizace nesaturovaných alkoholů katalyzovaná zeolitem H-ZSM-5. Bylo zjištěno, že reakční mechanismus všech tří reakcí je ovlivňován vysokou koncentrací aktivních míst v použitých katalyzátorech. Vysoká koncentrace adsorpčních míst dovoluje interakci reakčních intermediátů s více aktivními místy zároveň. V případě Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce dochází ke snížení aktivačních bariér v důsledku interakce reakčních intermediátů se dvěma katalyticky aktivními místy současně. Opačný efekt byl nalezen pro cyklizaci alkoholů v zeolitu, pro kterou bylo zjištěno, že současná interakce s dvěma aktivními místy zvedne aktivační bariéru reakce a zároveň omezí difúzi uvnitř zeolitu. Studie reakčního mechanismu Knoevenagelovy reakce odhalila (doposud nepopsanou) dynamickou tvorbu defektů v mříži organokovového materiálu. Tento defekt následně katalyzuje Knoevenagelovu reakci. Oba nově popsané efekty nabízí interpretaci dalších vlastností mikroporézních katalyzátorů s vysokou koncentrací aktivních míst.
|
|
|
Theoretical investigation of novel two-dimensional materials with application potential
Lyu, Pengbo ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Maurin, Guillaume (oponent) ; Straka, Michal (oponent)
v českém jazyce Elektronová struktura tenkých dvourozměrných (2D) materiálů je velmi odlišná od elektronové struktury korespondujících trojrozměrných materiálů. V důsledku prostorového omezení vykazuje elektronová struktura 2D materiálů neobyčejné vlastnosti, které jsou vhodné k řadě aplikací v elektronice. Velký povrch 2D materiálů je rovněž vhodný pro aplikace v katalýze a adsorpci. Další potenciální uplatnění 2D materiálů je možné očekávat ve fotokatalýze, pro kterou je výhodná krátká vzdálenost k povrchu pro fotokatalyticky generované elektrony a elektronové díry. Výsledky prezentované v této dizertační práci jsou motivovány snahou pochopit vlastnosti 2D na atomární úrovni a lépe porozumět jejich struktuře, elektronové struktuře a potenciálním aplikacím v oblasti katalýzy, fotokatalýzy a alkalických baterií. Věříme, že výsledky zde prezentované jsou relevantní nejen z hlediska teoretického studia 2D materiálů, ale pomohou i experimentálním kolegům na cestě k novým 2D materiálům hledaným pro konkrétní aplikace. Hlavní výsledky této práce jsou stručně popsány níže pro pět tříd 2D materiálů. 2D kovalentní organické sítě. Tyto materiály se označují zkratkou COF z anglického "covalent organic framework". Jedním z typů materiálů COF jsou tzv. CTF sítě, které mají podobnou topologii, ale různý poměr...
|
|
|
Theoretical Modeling of Two-dimensional Magnetic Materials
He, Junjie ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Zhang, Gang (oponent) ; Blonski, Piotr (oponent)
Vzhledem ke svým jedinečným chemickým a fyzikálním vlastnostem se dvojrozměrné (2D) materiály odvozené od grephenu, phosporenu či chalkogenidů tranzitních kovů těší velkému zájmu chemiků a fyziků. Drtivá většina těchto 2D materiálů není magnetická a jejich potenciální využití ve spintronice není přímočaré. Návrh a příprava nových 2D materiálů vykazujících magnetické vlastnosti a vysokou spinovou polarizovatelnost zůstává aktuální výzvou. Předmětem této dizertační práce je hledání 2D materiálů s požadovanými magnetickými a elektrickými vlastnostmi pomocí počítačových studií. Struktura, elektronické, magnetické a topologické vlastnosti nových 2D materiálů byly systematicky studovány pomocí metod funkcionálu hustoty s využitím PBE, PBE+U a HSE06 funkcionálů. Mezi studované systémy patří materiály odvozené od MXenů a vrstevnatých trihalidů tranzitních kovů. U obou typů systémů byly předpovězeny jedinečné magnetické a elektrické vlastnosti, ze kterých je patrný jejich obrovský potenciál pro aplikace ve spintronice. Dizertační práce popisuje vlastnosti celkem čtyř nově navržených materiálů s ojedinělými magnetickými vlastnostmi: (1)Asymetricky funkcionalizované MXeny. MXeny jsou 2D materiály sestávající z tranzitního kovu a uhlíku (nebo dusíku). Bylo zjištěno, že asymetricky funkcionalizované MXenů (na horní a...
|
|
|
Theoretical Investigation of Mechanisms of Chemical Reactions Taking Place in Microporous Materials
Položij, Miroslav
Pomocí výpočetních metod byly zkoumány mechanismy tří chemických reakcí: Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce katalyzované organokovovým materiálem (tzv. "metal- organic framework") Cu3BTC2 a intramolekulární cyklizace nesaturovaných alkoholů katalyzovaná zeolitem H-ZSM-5. Bylo zjištěno, že reakční mechanismus všech tří reakcí je ovlivňován vysokou koncentrací aktivních míst v použitých katalyzátorech. Vysoká koncentrace adsorpčních míst dovoluje interakci reakčních intermediátů s více aktivními místy zároveň. V případě Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce dochází ke snížení aktivačních bariér v důsledku interakce reakčních intermediátů se dvěma katalyticky aktivními místy současně. Opačný efekt byl nalezen pro cyklizaci alkoholů v zeolitu, pro kterou bylo zjištěno, že současná interakce s dvěma aktivními místy zvedne aktivační bariéru reakce a zároveň omezí difúzi uvnitř zeolitu. Studie reakčního mechanismu Knoevenagelovy reakce odhalila (doposud nepopsanou) dynamickou tvorbu defektů v mříži organokovového materiálu. Tento defekt následně katalyzuje Knoevenagelovu reakci. Oba nově popsané efekty nabízí interpretaci dalších vlastností mikroporézních katalyzátorů s vysokou koncentrací aktivních míst.
|
|
|
Theoretical Investigation of Mechanisms of Chemical Reactions Taking Place in Microporous Materials
Položij, Miroslav ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Pulido Junquera, María Ángeles (oponent)
Pomocí výpočetních metod byly zkoumány mechanismy tří chemických reakcí: Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce katalyzované organokovovým materiálem (tzv. "metal- organic framework") Cu3BTC2 a intramolekulární cyklizace nesaturovaných alkoholů katalyzovaná zeolitem H-ZSM-5. Bylo zjištěno, že reakční mechanismus všech tří reakcí je ovlivňován vysokou koncentrací aktivních míst v použitých katalyzátorech. Vysoká koncentrace adsorpčních míst dovoluje interakci reakčních intermediátů s více aktivními místy zároveň. V případě Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce dochází ke snížení aktivačních bariér v důsledku interakce reakčních intermediátů se dvěma katalyticky aktivními místy současně. Opačný efekt byl nalezen pro cyklizaci alkoholů v zeolitu, pro kterou bylo zjištěno, že současná interakce s dvěma aktivními místy zvedne aktivační bariéru reakce a zároveň omezí difúzi uvnitř zeolitu. Studie reakčního mechanismu Knoevenagelovy reakce odhalila (doposud nepopsanou) dynamickou tvorbu defektů v mříži organokovového materiálu. Tento defekt následně katalyzuje Knoevenagelovu reakci. Oba nově popsané efekty nabízí interpretaci dalších vlastností mikroporézních katalyzátorů s vysokou koncentrací aktivních míst.
|
host ::
RSS.