Temat projektu: Związki międzymetaliczne wytwarzane metodami szybkiego i kierunkowego krzepnięcia przeznaczone do zastosowań katalitycznych

Konkurs: OPUS 13

Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/02804

Kierownik projektu: Prof. dr hab. Lidia Lityńska-Dobrzyńska

Głównym celem projektu jest zweryfikowanie możliwości wykorzystania metod konwencjonalnej metalurgii połączonej z techniką szybkiej krystalizacji do wytwarzania aktywnych katalitycznie materiałów w oparciu o fazy międzymetaliczne, które mogą stanowić alternatywę dla używanych obecnie katalizatorów zawierających nanocząstki metali szlachetnych. Zakłada się, że wytworzenie faz międzymetalicznych za pomocą stosunkowo łatwej i taniej techniki, w połączeniu z odpowiednią obróbką cieplną i powierzchniową pozwoli na uzyskanie dobrej jakości homogenicznego materiału wykazującego pożądane właściwości katalityczne. Doboru faz międzymetalicznych dokona się na podstawie analizy diagramów fazowych i kryterium krystalograficznego stanowiącego, że symetria danej fazy musi odpowiadać wymogom istnienia centrów aktywnych, którymi są atomy metalu przejściowego w uporządkowanej strukturze.

Planuje się przebadanie dwóch grup materiałów: z układu Ni-X (X = In, Zn, Sn, Al) o wysokim stopniu uporządkowania oraz Al-X (X = Fe, Co, V, Cu) będących aproksymantami faz kwazikrystalicznych (związki te zbudowane są z klasterów charakterystycznych dla kwazikryształów). Do otrzymywania faz międzymetalicznych zastosowana zostanie technika odlewania na wirujący walec umożliwiająca uzyskanie materiału w postaci taśm o grubości 20-80 μm o rozdrobnionej mikrostrukturze rzędu 1-2 μm oraz znaczącym rozwinięciu powierzchni czynnej w porównaniu do materiałów odlewanych metodami konwencjonalnymi. Planowane jest również wytworzenie materiału w postaci monokryształu (metoda Bridgmana), który jako układ modelowy jest niezbędny dla pogłębienia analizy wzajemnych relacji pomiędzy właściwościami powierzchni, geometrią i orientacją kryształu a preferowanymi własnościami katalitycznymi.

Dla uzyskanych materiałów planuje się wykonanie pełnej charakterystyki mikrostruktury na każdym etapie ich przygotowania. W szczególności określi się wpływ parametrów zastosowanych podczas szybkiej krystalizacji oraz krystalizacji kierunkowej (monokryształy) na strukturę i morfologię tworzących się faz i na tej podstawie dokona się wyboru optymalnych warunków obu procesów. W próbkach poddawanych obróbce cieplnej szczególną uwagę zwróci się na stopień uporządkowania struktury, który to parametr spełnia kluczową rolę w procesach chemicznych zachodzących podczas katalizy. W tym celu zostaną zastosowane metody: dyfrakcja rentgenowska oraz zaawansowane techniki skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Wybrane próbki będą następnie badane pod kątem ich właściwości katalitycznych.

Z uwagi na charakter projektu zakładający kompleksowe podejście do problematyki otrzymywania aktywnych materiałów katalitycznych na bazie faz międzymetalicznych, w tym optymalizację procesu ich wytwarzania oraz obróbkę powierzchniową (trawienie) i cieplną, można spodziewać się, że projekt wniesie wiele nowych i cennych informacji o charakterze podstawowym dotyczącym struktury i fizykochemii faz międzymetalicznych. Warto podkreślić, że zastosowanie faz międzymetalicznych w katalizie heterogenicznej jest stosunkowo nową, dynamicznie rozwijającym się dziedziną nauki, mającą olbrzymie znaczenie dla opracowania wydajnych i konkurencyjnych katalizatorów w przyszłości.