Publikace: Binuclear transition metal ion centers in zeolites: Their preparation, characterization, and catalytic properties
Disertační práceopen access| dc.contributor.advisor | Dědeček, Jiří (školitel) | |
| dc.contributor.author | Lemishka, Mariia | |
| dc.contributor.referee | Kočí, Kamila | |
| dc.contributor.referee | Kubička, David | |
| dc.contributor.referee | Trejda, Maciej | |
| dc.date.accepted | 2024-09-27 | |
| dc.date.accessioned | 2024-10-13T16:28:04Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.date.submitted | 2024-06-25 | |
| dc.description.abstract | Transition metal ion (TMI)-exchanged zeolites have shown excellent activity and selectivity in the oxidation of methane (CH4) to methanol (CH3OH) at room temperature. Therefore, a detailed understanding of the structure-activity-stability relationship for their use in the reaction is required. In this thesis, newly developed (reported for the first time) TMI-based Fe(II)-, Co(II)-, Ni(II)-, and Mn(II)-ferrierite (FER) along with Fe(II)-mordenite (MOR) zeolite catalysts are presented for molecular oxygen (O2) and nitrous oxide (N2O) splitting for the selective oxidation of CH4 towards CH3OH. In addition, experimental and theoretical methods were applied to investigate the O2 and N2O activation over the presented metallozeolites. This research has confirmed the formation of highly reactive species called alpha oxygen (?-O) and their reactivity in CH4 oxidation. The theoretical study of O2 activation was also extended to Fe(II)-beta (*BEA) and Fe(II)-Linde Type A (LTA) zeolites. The first part of this thesis focuses on explaining the methodology, which was based on a combination of several techniques, such as in-situ Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray absorption near-edge structure, Mössbauer, ultraviolet-visible spectroscopy, mass spectrometry, FTIR analysis in the gas phase, and density functional theory calculations used to study the formation, stabilization, evolution, and reactivity of ?-O from O2 cleavage over Fe-FER, and following treatment with CH4. In the study, special attention was dedicated to analyzing the stabilization, siting, and location of bare divalent cations of Fe, Co, Ni, and Mn in the extra-framework cationic positions in the FER matrix. In addition, the unique type of active (binuclear) centers was investigated in the TMI-based FERs, which is the crucial point for subsequent treatment with O2 or N2O and CH4. Also, the potential of zeolites (MOR, *BEA, and LTA) other than the FER matrix was evaluated in order to find an arrangement suitable for the formation of an optimal distance between two divalent metal (M(II)) ions (binuclear center formation), which could cooperate in O2 dissociation. Additionally, the aluminum (Al) distribution was studied in MOR zeolite. The following sections are devoted to the investigation of the potential for O2 activation and the following CH4 selective oxidation over Co(II), Ni(II), and Mn(II) in the FER matrix. The formation of ?-O, obtained by N2O decomposition and its activity toward CH4 to CH3OH oxidation, was studied over the binuclear centers of Fe(II), Co(II), and Ni(II)-FERs. Finally, the influence of zeolite topology on the catalytic performance in catalytic reduction (CRN2O) and selective catalytic reduction (SCRN2O) reactions over Fe(II)-FER and Fe(II)-MOR with similar Fe(II) loadings was investigated. | eng |
| dc.description.abstract-translated | Zeolity vyměněnými ionty přechodných kovů (TMI) vykazují vynikající aktivitu a selektivitu při selektivní oxidaci metanu (CH4) na metanol (CH3OH) již při pokojové teplotě. Pro jejich použití v této reakci je však třeba podrobně prozkoumat vztah mezi strukturou, aktivitou a stabilitou. V této práci jsou prezentovány (poprvé uvedeny) nově vyvinuté zeolitové katalyzátory na bázi přechodových iontů Fe(II)-, Co(II)-, Ni(II)- a Mn(II)-ferrieritu (FER) a Fe(II)-mordenitu (MOR) pro štěpení molekulárního kyslíku (O2) a oxidu dusného (N2O) pro následnou selektivní oxidaci CH4 na CH3OH. Kromě toho byla za použití experimentálních a teoretických metod zkoumána aktivace O2 a N2O na prezentovaných metalozeolitech. Tento výzkum potvrdil vznik vysoce reaktivních forem tzv. alfa kyslíku (?-O) a jejich reaktivitu při oxidaci CH4. Teoretické studium aktivace O2 bylo rozšířeno o zeolity Fe(II)-beta (*BEA) a Fe(II)-Linde typ A (LTA). První část této práce se zaměřuje na vysvětlení metodiky, která založené na kombinaci různých technik, jako je in-situ infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), rentgenová absorpční spektroskopie, Mössbauerova spektroskopie, ultrafialová a viditelná spektroskopie, reakční testy s využitím hmotnostní spektrometrie a FTIR spektroskopie pro analýzu plynné fáze a DFT výpočtů, které se používají ke studiu vzniku, stabilizace, vývoje a reaktivity ?-O při štěpení O2 na Fe-FER a po jeho interakci s CH4. Zvláštní pozornost byla v této studii věnována analýze stabilizace, umístění a poloze ?holých? (bare) dvojmocných kationtů Fe(II), Co(II), Ni(II) a Mn(II) v mimomřížkových kationtových pozicích v matrici ferrieritu. Dále byl zkoumán jedinečný typ aktivních (binukleárních) center ve FER na bázi iontů přechodných kovů, který je jedinečný při reakci s O2 nebo N2O a CH4. Rovněž byl vedle FER vyhodnocen potenciál dalších zeolitů (MOR, *BEA a LTA) s cílem nalézt uspořádání vhodné pro vytvoření optimální vzdálenosti mezi dvěma dvojmocnými ionty kovu (M(II)) pro tvorbu binukleárních center, které by mohly spolupracovat při disociaci O2. Kromě toho bylo studováno i rozložení hliníku (Al) v mordenitu, jako klíčového parametru pro stabilizaci binukleárního centra. Následující části jsou věnovány zkoumání potenciálu aktivace O2 a následné selektivní oxidaci CH4 na Co(II), Ni(II) a Mn(II) v matrici FER. Tvorba ?-O získaného rozkladem N2O a jeho aktivita vůči oxidaci CH4 na CH3OH byla studována na binukleárních centrech Fe(II)-, Co(II)-, a Ni(II)-FER. Za účelem analýzy vlivu topologie zeolitu na výkon katalyzátoru v reakcích katalytické redukce a selektivní katalytické redukce oxidů dusíku byly použity katalyzátory Fe(II)-FER a Fe(II)-MOR s podobným obsahem Fe(II). | cze |
| dc.description.department | Fakulta chemicko-technologická | cze |
| dc.description.grade | Dokončená práce s úspěšnou obhajobou | cze |
| dc.format | 72 s. + příloha (publikační činnost doktorandky) | |
| dc.identifier | Univerzitní knihovna (studovna) | cze |
| dc.identifier.signature | D40720 | |
| dc.identifier.stag | 49138 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10195/84386 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.publisher | Univerzita Pardubice | cze |
| dc.rights | Text disertační práce je přístupný bez omezení. Příloha (publikační činnost doktorandky) je přístupná pouze v rámci univerzity. | cze |
| dc.subject | alfa kyslík | cze |
| dc.subject | centra na bázi přechodných kovových iontů | cze |
| dc.subject | ferrierit | cze |
| dc.subject | heterogenní katalýza | cze |
| dc.subject | infračervená spektroskopie | cze |
| dc.subject | kyslík | cze |
| dc.subject | metan | cze |
| dc.subject | metanol | cze |
| dc.subject | mordenit | cze |
| dc.subject | selektivní oxidace metanu na metanol | cze |
| dc.subject | zeolity | cze |
| dc.subject | alpha oxygen | eng |
| dc.subject | ferrierite | eng |
| dc.subject | heterogeneous catalysis | eng |
| dc.subject | infrared spectroscopy | eng |
| dc.subject | methane | eng |
| dc.subject | methanol | eng |
| dc.subject | molecular oxygen | eng |
| dc.subject | mordenite | eng |
| dc.subject | selective oxidation of methane to methanol | eng |
| dc.subject | transition metal ion sites | eng |
| dc.subject | zeolite | eng |
| dc.thesis.degree-discipline | Fyzikální chemie | cze |
| dc.thesis.degree-grantor | Univerzita Pardubice. Fakulta chemicko-technologická | cze |
| dc.thesis.degree-name | Ph.D. | |
| dc.thesis.degree-program | Fyzikální chemie | cze |
| dc.title | Binuclear transition metal ion centers in zeolites: Their preparation, characterization, and catalytic properties | eng |
| dc.title.alternative | Binukleární centra iontů přechodných kovů v zeolitech: příprava, charakterizace a katalytické vlastnosti | cze |
| dc.type | disertační práce | cze |
| dspace.entity.type | Publication |
Soubory
Původní svazek
1 - 5 z 8
Načítá se...
- Název:
- Final_version_Lemishka_18.6.2024.pdf
- Velikost:
- 2.53 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Plný text práce
Načítá se...
- Název:
- Final_version_Lemishka_18.6.2024_publikace.pdf
- Velikost:
- 53.14 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Publikační činnost doktorandky
Načítá se...
- Název:
- Theses__Final_Lemishka_18.6.2024.pdf
- Velikost:
- 867.95 KB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Anotace v AJ
Načítá se...
- Název:
- doporuceni_skolitele.pdf
- Velikost:
- 1.36 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Posudek školitele práce
Načítá se...
- Název:
- posudek_oponenta_Koci.pdf
- Velikost:
- 1.43 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Posudek oponenta práce