Catalysis on nanocomposites  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73676
Type K
Principal investigator Kónya, Zoltán
Title in Hungarian Katalízis nanokompozitokon
Title in English Catalysis on nanocomposites
Keywords in Hungarian katalízis, nanoszerkezetek, nanokompozitok
Keywords in English catalysis, nanostructures, nanocomposites
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)80 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)20 %
Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology)
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Applied and Environmental Chemistry (University of Szeged)
Participants Halász, János
Halász, János
Hannus, István
Kiricsi, Imre
Kónya, Zoltán
Kukovecz, Ákos
Starting date 2008-09-01
Closing date 2012-08-31
Funding (in million HUF) 17.898
FTE (full time equivalent) 2.10
state closed project
Summary in Hungarian
Az utóbbi évtizedben a nanostruktúrák, ezen belül a hordozott nanorészecskék és az egydimenziós nanoszerkezetek kutatása az anyagtudomány kiemelten fontos ágává vált. Különösen érdekes rendszerek állíthatók elő az anyagok ún. nanokompozitokká való kombinálásával.
A megpályázott kutatás célja nanokompozit heterogén katalizátorok fejlesztése. A fejlesztés alapja az a tény, hogy az egydimenziós nanostruktúrák speciális elektronszerkezete révén lehetőség nyílik a hordozó és a katalitikus centrum olyan szelektív csatolódására, amire más hordozókon nincs mód. Így egy-egy célfeladatra (pl. szelektív hidrogénezés) optimált nanokompozit katalizátorrendszerek fejleszthetők ki. Munkánk során többféle 1D nanostrukturált hordozó (pl. szén nanocső, titanát nanocső) és aktív centrum (nemesfémek, átmeneti fémek, ötvözeteik) felhasználásával katalizátorokat készítünk, jellemzünk és reakciókban tesztelünk. Ezután az 1D hordozó szerkezetből származó speciális hordozó–centrum kapcsolatokat szisztematikusan feltérképezzük, megértjük, majd a megszerzett ismereteket új, szelektív hidrogénező katalizátorrendszerek kifejlesztésében hasznosítjuk. Az új rendszerek tervezett gyakorlati felhasználási területe a hulladék olaj feldolgozás és a biodízel előállításhoz kapcsolódó technológiák.
Summary
Nanostructures in general and supported nanoparticles and one-dimensional nanosystems in particular have been in the focus of materials science research in the last decade. Combining these materials into so-called nanocomposites opens the way towards particularly interesting systems.
This research proposal aims at developing nanocomposite heterogeneous catalysts. The fundamental novelty of our approach is the realization of the fact that the special electronic structure of 1D nanostructures allows the selective coupling of the support to the catalytically active centers. This type of interaction can not be achieved on conventional catalyst supports, but on 1D nanostructures it makes synthesizing nanocomposite catalyst systems tailored to one application (e.g. selective hydrogenation) possible. We shall prepare, characterize and test several nanocomposite catalysts using different 1D nanostructure supports (e.g. carbon nanotube, titanate nanotube) and active centers (e.g. noble metal and transition metal nanoparticles, nanoalloys etc). The active center – support interactions originating from the special 1D structure of the support will be revealed, understood and the generated knowledge will be used for the development of novel selective hydrogenation catalyst systems. The targeted practical application fields of the new nanocomposite catalysts are waste oil processing and biodiesel related technologies.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során az volt a célunk, hogy nanoszerkezető hordozós fémkatalizátorokat állítsunk elő. Vizsgáltuk a hordozók előállítási és módosítási lehetőségeit, mint pl. szén nanocsövek, titanát nanoszerkezetek, „heterogenizált” nanocső katalizátorok stb. Vizsgáltuk a fém-hordozó kölcsönhatást. Kimutattuk pl. hogy a szén nanocsövek felületén kialakuló Pd nanorészecskék méretét nagyban befolyásolja a nanocsöveken lévő funkciós csoportok mennyisége, ill. a fém nanorészecskék reakcióba lépnek a szén hordozóval, mely reakció során a katalizátor szerkezete megváltozik, sőt a szerkezet teljesen össze is omolhat. Katalitikus teszteket végeztünk az előállított anyagainkon. Kimutattuk pl., hogy etilén hidrogénezésében a Pd és Pt pórusos nanorudak esetén a látszólagos aktiválási energiák 43,7±1,7, ill. 29,4±1,3 kJ/mol-nak adódtak, mely értékek jó egyezést mutatnak az irodalomban leírtakkal. Egy másik katalitikus példa a propén hidrogénezése az általunk tervezett „heterogenizált” szén nanocső alapú katalizátorokon. Ebben az esetben három különböző folyamatot figyeltünk meg. A látszólagos aktivitási energia a 27-31 °C-os tartományban 27,8±0,6 kJ/mol-nak, a 31-41 oC tartományban 12,0±0,2 kJ/mol-nak, míg ennél magasabb hőmérsékleteken (105 °C-ig) 4,8±0,2 kJ/mol-nak adódott. Összességében elmondhatjuk, hogy sikeresnek ítéljük a kutatásainkat, noha nemcsak hogy maradtak megválaszolatlan kérdések, de újak is felmerültek.
Results in English
The aim of our work was to synthesize nanostructured supported metal catalysts. The possibilities of synthesizing and modifying catalyst supports e.g. carbon nanotubes, titanate nanostructures, “heterogenized” nanotube catalysts, etc. were investigated. Investigation of metal-support interactions was carried out as well. It was demonstrated, that the size of Pd nanoparticles formed on the surface of carbon nanotubes is greatly affected by the amount of surface functional groups; moreover, the metal nanoparticles react with the carbon support, which in turn will modify the structure of the catalyst. In some cases the structure of the support can even collapse entirely. Catalytic tests were performed on the prepared materials. It was revealed, that in ethylene hydrogenation reaction the apparent activation energies for Pd and Pt porous nanorods were found to be 43.7±1.7 and 29.4±1.3 kJ/mol, respectively, which results are in good agreement with data described in the literature. Another example for catalytic test reactions was the hydrogenation of propene on “heterogenized” carbon nanotubes designed in our lab. In this case three different reaction pathways were observed. The apparent activation energies were 27.8±0.6, 12.0±0.2 and 4.8±0.2 kJ/mol for temperature ranges of 27-30, 31-41 and 42-105 °C, respectively. It can be concluded, that our research can be deemed successfully, however some questions remained unanswered while new questions arose during our experiments.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73676
Decision
Yes





 

List of publications

  
A Sápi, R Rémiás, Z Kónya, A Kukovecz, K Kordas, I Kiricsi: Synthesis and characterization of nickel catalysts supported on different carbon materials, REACTION KINETICS AND CATALYSIS LETTERS 96:(2) pp. 379-389. (2009), 2009
R Remias, A Kukovecz, M Daranyi, G Kozma, S Varga, Z Konya, I Kiricsi: Synthesis of Zinc Glycerolate Microstacks from a ZnO Nanorod Sacrificial Template, EUROPEAN JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY -:(24) pp. 3622-3627. (2009), 2009
E Horvath, R Puskas, R Remias, M Mohl, A Kukovecz, Z Konya, I Kiricsi: A novel catalyst type containing noble metal nanoparticles supported on mesoporous carbon: synthesis, characterization and catalytic properties, TOPICS IN CATALYSIS 52:(9) pp. 1242-1250. (2009), 2009
A. Sápi, R. Rémiás, A. Kukovecz, I. Pálinkó, Z. Kónya, I. Kiricsi: Fundamental aspects of the synthesis, modification, characterization and catalytic testing of various silicate forms and metal nanoparticle-mesoporous silicate composite, Silica and Silicates in Modern Catalysis, 2010: ISBN: 978-81-7895-455-4 Editor: Istvan Halasz, 2009
R Rémiás, A Sápi, R Puskás, Á Kukovecz, Z Kónya, I Kiricsi: Adsorption of C6 hydrocarbon rings on mesoporous catalyst supports, Chemical Physics Letters 482:(4-6) pp. 296-301. (2009), 2009
G Oszlánczi, T Vezér, L Sárközi, E Horváth, A Szabó, E Horváth, Z Kónya, A Papp: Metal deposition and functional neurotoxicity in rats after 3–6 weeks nasal exposure by two physicochemical forms of manganese, Environmental Toxicology and Pharmacology 30:(2) pp. 121-126. (2010), 2010
M Mohl, A Kumar, ALM Reddy, A Kukovecz, Z Konya, I Kiricsi, R Vajtai, PM Ajayan: Synthesis of Catalytic Porous Metallic Nanorods by Galvanic Exchange Reaction, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 114:(1) pp. 389-393. (2010), 2010
N Halonen, A Rautio, A-R Leino, T Kyllonen, G Toth, J Lappalainen, K Kordas, M Huuhtanen, RL Keiski, A Sapi, M Szabo, A Kukovecz, Z Konya, I Kiricsi, PM Ajayan, and R Vajtai: Three-Dimensional Carbon Nanotube Scaffolds as Particulate Filters and Catalyst Support Membranes, ACS Nano 4:(4) pp. 2003-2008. (2010), 2010
M-C Wu, J Hiltunen, A Sapi, A Avila, W Larsson, H-C Liao, M Huuhtanen, G Toth, A Shchukarev, N Laufer, A Kukovecz, Z Konya, J-P Mikkola, R Keiski, W-F Su, Y-F Chen, H Jantunen, PM Ajayan, R Vajtai, K Kordas: Nitrogen-Doped Anatase Nanofibers Decorated with Noble Metal Nanoparticles for Photocatalytic Production of Hydrogen, ACS Nano 5 (2011) 5025-5030, 2011
A Goyal, M Mohl, A Kumar, R Puskas, A Kukovecz, Z Konya, I. Kiricsi, PM Ajayan: In situ synthesis of catalytic metal nanoparticle-PDMS membranes by thermal decomposition process, Composites Science and Technology 71 (2011) 129–133, 2011
K. Csankó, M. Darányi, G. Kozma, Á. Kukovecz, Z. Kónya, P. Sipos, I. Pálinkó: Self-assembling of Z-a-pyridylcinnamic acid molecules over polycrystalline Ag and Au surfaces followed by FT-IR and atomic force microscopies, Journal of Molecular Structure 993 (2011) 67–72, 2011
M Mohl, D Dobo, A Kukovecz, Z Konya, K Kordas, J Wei, R Vajtai, PM Ajayan: Formation of CuPd and CuPt Bimetallic Nanotubes by Galvanic Replacement Reaction, Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 9403-9409, 2011
M Mohl, P Pusztai, A Kukovecz, Z Konya, J Kukkola, K Kordas, R Vajtai, PM Ajayan: Low-Temperature Large-Scale Synthesis and Electrical Testing of Ultralong Copper Nanowires, Langmuir 26 (2010) 16496-16502, 2010
M Daranyi, T Csesznok, A Kukovecz, Z Konya, I Kiricsi, PM Ajayan, R Vajtai: Layer-by-layer assembly of TiO2 nanowire/carbon nanotube films and characterization of their photocatalytic activity, Nanotechnology 22 (2011) 195701, 2011
Á. Kukovecz, G. Pótári, A. Oszkó, Z. Kónya, A. Erdőhelyi, J. Kiss: Probing the interaction of Au, Rh and bimetallic Au–Rh clusters with the TiO2 nanowire and nanotube support, Surface Science 605 (2011) 1048–1055, 2011
A. Oszkó, G. Pótári, A. Erdohelyi, A. Kukovecz, Z. Kónya, I. Kiricsi, J. Kiss: Structure of the AueRh bimetallic system formed on titanate nanowires and nanotubes, Vacuum 85 (2011) 1114-1119, 2011
G Oszlanczi, T Vezer, L Sarkozi, E Horvath, Z Konya, A Papp: Functional neurotoxicity of Mn-containing nanoparticles in rats, Ecotoxicology and Environmental Safety 73 (2010) 2004–2009, 2010
G Oszlánczi, T Vezér, L Sárközi, E Horváth, A Szabó, E Horváth, Z Kónya, A Papp: Metal deposition and functional neurotoxicity in rats after 3–6 weeks nasal exposure by two physicochemical forms of manganese, Environmental Toxicology and Pharmacology 30 (2010) 121–126, 2010
A. Csató, A. Szabó, A. Fonseca, D. Vuon, Z. Kónya, A. Volodin, C. Van Haesendonck, L.P. Biro, G. Giordano, J. B.Nagy: Synthesis and characterisation of coiled carbon nanotubes, Catalysis Today 181 (2012) 33-39, 2012
A. Mahajan, A. Kingon, A. Kukovecz, Z. Konya, P.M. Vilarinho: Studies on the thermal decomposition of multiwall carbon nanotubes under different atmospheres, Materials Letters - ASAP, 2012
M. Darányi, I. Sarusi, A. Sápi, Á. Kukovecz, Z. Kónya, A. Erdőhelyi: Characterization of carbon thin films prepared by the thermal decomposition of spin coated polyacrylonitrile layers containing metal acetates, Thin Solid Films 520 (2011) 57-63, 2011
R. Puskas, A. Sapi, A. Kukovecz, Z. Konya: Comparison of Nanoscaled Palladium Catalysts Supported on Various Carbon Allotropes, Topics in Catalysis 55 (2012) 865-872, 2012
D. Carta, G. Navarra, A. Falqui, Z. Konya and A. Corrias: Structural characterization of FeCo alloy nanoparticles embedded in SBA-16 and their catalytic application for carbon nanotubes production, RSC Advances 2 (2012) 7886-7893, 2012




 

Events of the project

  
2023-08-09 12:24:14
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Alkalmazott KKT (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).
2012-02-07 16:07:35
Résztvevők változása
2010-10-26 09:53:02
Vezető kutató váltás
Régi vezető kutató: Kiricsi Imre
Új vezető kutató: Kónya Zoltán

A vezető kutató váltás indoka: a vezető kutató elhunyt



Back »