Zespół Katalizy i Fizykochemii Ciała Stałego
Członkowie zespołu
Podstawowe informacje
założony w 1964 r przez prof. Adama Bielańskiego
Obecnie w skład zespołu Katalizy wchodzą trzy grupy badawcze:
1. Spektroskopii EPR, Modelowania Molekularnego i Nanochemii
2. Chemii Zeolitów
3. Chemii Powierzchni i Materiałów
członkowie grupy:
dr hab. Krzysztof Kruczała,dr hab. Witold Piskorz, dr hab. Piotr Pietrzyk, dr Ewa Bidzińska, dr Joanna Gryboś, dr Paulina Indyka, dr Janusz Janas,
dr Katarzyna Podolska-Serafin, dr Stefan Witkowski, dr Filip Zasada, mgr Maria Sojka
doktoranci:
mgr Aldona Kostuch, mgr Aneta Krasowska, mgr Kamila Sobańska
Profesorowie Honorowi:
prof. dr hab. Krystyna Dyrek
Tematyka badawcza:
Zespół prowadzi badania w zakresie spektroskopii i chemii powierzchni, modelowania molekularnego, katalizy heterogenicznej, chemii materiałów oraz chemii spożywczej. Badania te koncentrują się na ustaleniu związków pomiędzy strukturą elektronową i magnetyczną, a reaktywnością, w kontekście wyjaśnienia mechanizmu prostych i cyklicznych reakcji powierzchniowych, związanych z aktywacją małych cząsteczek (O2, NOx, COx, H2O, lotne związki organiczne). Obejmują one zastosowanie metod spektroskopowych, ze szczególnym uwzględnieniem elektronowego rezonansu magnetycznego, do opisu heterogenicznych układów funkcjonalnych i katalitycznych o niskiej symetrii, międzyfazowych procesów spinowych oraz reaktywności powierzchni. Głównymi obiektami badań są różnorakie lite, mikro i mezoporowate materiały funkcjonalne i nanokatalizatory tlenkowe, a także węgliki, repliki węglowe oraz polimery naturalne i syntetyczne.
Metodologia prowadzonych badań opiera się na integracji pomiarów doświadczalnych (spektroskopowych i kinetycznych) z modelowaniem molekularnym i obliczeniami teoretycznymi, z zastosowaniem układów modelowych odwzorowujących pożądane właściwości katalizatorów rzeczywistych. Zespół ma duże doświadczenie w charakteryzowaniu ciał stałych i powierzchni oraz badaniach reaktywności za pomocą szeregu technik spektroskopowych (EPR, IR, RS, XPS, UV-Vis), metod programowanych temperaturowo (TPR, TPD, TPSR), XRD i metod mikroskopowych (SEM/TEM), pomiarów pracy wyjścia (sonda Kelvina) oraz zaawansowanych obliczeń DFT.
Tematyka badawcze:
- a) Struktura i reaktywność powierzchni modelowych układów katalitycznych zawierających paramagnetyczne jony metali przejściowych o różnej multipletowości spinowej, izolowane w diamagnetycznych matrycach. Badania spektroskopowe i obliczenia kwantowo-chemiczne
- b) Procesy przeniesienia elektronu i spinu towarzyszące odwracalnemu wiązaniu i aktywacji i małych cząsteczek (O2, N2O, NOx, COx).
- c) Chemia katalityczna reakcji deN2O, deNOx i deVOC (badania podstawowe i aplikacyjne)
- d) Spektroskopia komputerowa EPR, IR i RS (obliczanie parametrów spektroskopowych metodami DFT, symulacja widm z zastosowaniem optymalizacji za pomocą algorytmów genetycznych)
- e) Modelowanie molekularne procesów powierzchniowych oraz związków pomiędzy strukturą, właściwościami i aktywnością katalityczną (mikrokinetyka i termodynamika ab initio)
- f) Synteza i funkcjonalizacja nanomateriałów tlenkowych o kontrolowanej morfologii
- g) Polimerowe ogniwa paliwowe
- h) Procesy rodnikowe w chemii spożywczej
Wybrane publikacje:
- M. Lezanska, P. Pietrzyk, Z. Sojka,
“Investigations into the Structure of Nitrogen-Containing CMK-3 and OCM-0.75 Carbon Replicas and the Nature of Surface Functional Groups by Spectroscopic and Sorption Techniques”,
J. Phys. Chem. C, 114, 1208-1216 (2010) - F. Zasada, P. Stelmachowski, G. Maniak, J.-F. Paul, A. Kotarba, Z. Sojka,
“Potassium Promotion of Cobalt Spinel Catalyst for N2O Decomposition––Accounted by Work Function Measurements and DFT Modelling”, Catal. Lett., 127, 126-131 (2009) - P. Stelmachowski, G. Maniak, A. Kotarba, Z. Sojka,
„Strong Electronic Promotion of Co3O4 towards N2O Decomposition by Surface Alkali Dopants”,
Catal. Com. 10 (7), 1062-1065 (2009) - A. Adamski, P. Zapała, P. Jakubus, Z. Sojka,
“Structure and Surface Properties of Zirconia-Supported Molybdena Obtained by Slurry Deposition”,
Top. Catal., 52, 993-1000 (2009) - P. Stelmachowski, F. Zasada, G. Maniak, P. Granger, M. Inger, M. Wilk, A. Kotarba, Z. Sojka,
„Optimization of Multicomponent Cobalt Spinel Catalyst for N2O Abatement from Nitric Acid Plant Tail Gases: Laboratory and Pilot Plant Studies”,
Catal. Let. 130, 637-641 (2009). - P. Pietrzyk, K. Podolska, Z. Sojka,
„Resolving Conformation Dichotomy for Y- and T-Shaped Three-Coordinate NiI Carbonyl Complexes with Relativistic DFT Analysis of EPR Fingerprints”,
Chem.-Eur. J., 15, 11802-11807 (2009) - M. Inger, M. Saramok, M. Wilk, P. Stelmachowski, F. Zasada, G. Maniak, W. Piskorz, A. Adamski, A. Kotarba, Z. Sojka, P. Granger,
“Katalizator do Niskotemperaturowego Rozkładu Tlenku Azotu(I) ze Strumienia Gazów Resztkowych z Instalacji Kwasu Azotowego, Low Temperature Catalyst for Nitrous Oxide Decomposition from Nitric Acid Plant Tail Gases”,
Przemysł Chemiczny, 88(6), 730-733 (2009) - M. Łabanowska, K. Dyrek, E. Bidzińska, T. Fortuna, S. Pietrzyk, I. Przetaczek, J. Rożnowski, R.C. Socha,
„Effect of Sweeteners on Radical Formation in Starch Studied by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy”,
Food Sci. Technol. Int., 15(4), 357-365 (2009) - J. Trawczyński, B. Ura, A. Adamski, M.J. Illan-Gomez, A. Bueno-López, F.E. López-Suárez,
”Sr(Mg)TiO3: Effect of Synthesis Conditions on Properties and Reactivity in Diesel Soot Combustion”,
Pol. J. Env. Stud., 18(1A) 237-242 (2009) - L. Chmielarz, P. Kuśtrowski, Z. Piwowarska, B. Gil, A. Adamski, B. Dudek, M. Michalik,
„Porous Clay Heterostructures (PCHs) Intercalated with Silica-Titania Pillars and Modified with Transition Metals as Catalysts for DeNOx Process”,
Appl. Catal. B, 91, 449-459 (2009) - T. Stawski, J. Szklarzewicz, A. Kotarba, P. Stelmachowski,
“The Modifications of Copper Work Function by Layer-by-Layer Deposition of [W(CN)8]4− – Co2+ Bimetallic Nanolayers”,
Polyhedron, 28, 473-478 (2009) - Z. Sojka, M. Che,
“Presentation and Impact of Experimental Techniques in Chemistry”,
J. Chem. Ed., 85(7), 934-940 (2008) - J. Babińska, K. Dyrek, A. Pieczka, Z. Sojka,
„X and Q Band EPR Studies of Paramagnetic Centres in Natural and Heated Tourmaline”,
Eur. J. Mineral., 20, 233-240 (2008) - K. Kruczała, K. Szczubiałka, Ł. Łańcucki, I. Zastawny, K. Góra-Marek, K. Dyrek, Z. Sojka,
„Spectroscopic Investigations into Degradation of Polymer Membranes for Fuel Cells Applications”,
Spectrochimica Acta Part A, 69, 1337-1343 (2008) - P. Stelmachowski, F. Zasada, W. Piskorz, A. Kotarba, J-F. Paul, Z. Sojka,
„Experimental and DFT Studies of N2O Decomposition over Bare and Co-Doped Magnesium Oxide––Insights into the Role of Active Sites Topology in Dry and Wet Conditions”,
Catalysis Today, 137, 423-428 (2008) - A. Adamski, Z. Sojka,
“EPR Studies on NO Interaction with MoOx/t-ZrO2 Catalysts Obtained by Slurry Deposition”,
Catalysis Today, 137, 283-287 (2008) - A. Adamski, B. Gil and Z. Sojka,
“Role of Vanadium Sites in NO and O2 Adsorption Processes over VOx/CeO2-ZrO2 Catalysts – EPR and IR Studies”,
Catalysis Today, 137, 292-299 (2008) - W. Piskorz, F. Zasada, P. Stelmachowski, A. Kotarba, Z. Sojka,
“Decomposition of N2O over the Surface of Cobalt Spinel: A DFT Account of Reactivity Experiments”,
Catalysis Today, 137, 418-422 (2008) - P. Pietrzyk, K. Podolska, Z. Sojka,
„DFT Analysis of g and 13C Hyperfine Coupling Tensors for Model NiI(CO)nOLm (n = 1-4, L = H2O, OH-) Complexes Epitomizing Surface Nickel(I) Carbonyls”,
J. Phys. Chem. A, 112, 12208-12219 (2008) - M. Ruszak, M. Inger, S. Witkowski, M. Wilk, A. Kotarba, Z. Sojka,
“Selective N2O Removal from the Process Gas of Nitric Acid Plants over Ceramic 12CaO•7Al2O3 Catalyst”,
Catalysis Letters, 126, 72-77 (2008) - W. Błaszczak, E. Bidzińska, K. Dyrek, J. Fornal, E. Wenda,
„Effect of High Hydrostatic Pressure on the Formation of Radicals in Maize Starches with Different Amylose Content”,
Carbohydrate Polymers, 74, 914-921 (2008) - P. Tomasik, O. Michalski, E. Bidzińska, A. Cebulska-Wasilewska, K. Dyrek, M. Fiedorowicz, P. Olko,
„Radioprotective Thermally Generated Free-radical Dextrins”,
Chinese Science Bulletin, 53(7), 984-991 (2008) - M. Łabanowska, E. Bidzińska, K. Dyrek, T. Fortuna, S. Pietrzyk, J. Rożnowski. R.P. Socha,
„Cu2+ Ions as a Paramagnetic Probe in EPR Studies of Radicals Generated Thermally in Starch”,
Starch, 60, 134-145 (2008) - E. Wenda, A. Bielański,
“The Phase Diagram of V2O5-MoO3-Ag2O System. Part III. Vanadium Rich Part of the Diagram”, J. Therm. Anal. Cal., 92, 921-929 (2008) - E. Wenda, A. Bielański,
„The Phase Diagram of V2O5-MoO3-Ag2O System. Part IV. Molybdenum Rich Part of the Diagram”, J. Therm. Anal. Cal., 92, 931-937 (2008) - E. Wenda, A. Bielański,
„The Phase Diagram of V2O5-MoO3-Ag2O System. Part V. Phase Diagram of the Ternary System”,
J. Therm. Anal. Cal., 93, 973-976 (2008) - F. E. López-Suárez, A. Bueno-López, M. J. Illán-Gómez, A. Adamski, B. Ura, J. Trawczynski,
„Copper Catalysts for Soot Oxidation: Alumina Versus Perovskite Supports”,
Environmental Science and Technology, 42 (20), 7670-7675 (2008) - T. Fortuna, I. Przetaczek, K. Dyrek, E. Bidzińska, M. Łabanowska,
„Some Physicochemical Properties of Commercial Modified Starches Irradiated with Microwaves”,
Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, 11(4), 2008 - P. Pietrzyk, F. Zasada, W. Piskorz, A. Kotarba, Z. Sojka, „Computational Spectroscopy and DFT Investigations into Nitrogen and Oxygen Bond Breaking and Bond Making Processes in Model deNOx and deN2O Reactions”,
Catal. Today, 119, 219-227 (2007) - A. Adamski, E. Tabor, B. Gil, Z. Sojka, “Interaction of NO and NO2 with the Surface of CexZr1-xO2 Solid Solutions -Influence of the Phase Composition”,
Catalysis Today, 119 2007 114-119
Tematy prac doktorskich w latach 1990-2010:
- „Węglik molibdenu dotowany potasem jako katalizator modelowych reakcji hydroodazotowania i hydroodsiarczania ”
- „Badanie ścieżek aktywacji i przemian spinowo-elektronowych towarzyszących oddziaływaniu małych cząsteczek z powierzchniowymi kompleksami metali przejściowych w kontekście reakcji deNOx”
- „Stabilizacja potasu na powierzchni czystych i domieszkowanych modelowych faz katalizatora żelazowego do odwodorniania etylobenzenu”
- „Modelowanie molekularne mechanizmu reakcji deN2O na wybranych układach tlenkowych”
- „Synteza, domieszkowanie, charakterystyka spektroskopowa i reaktywność nanoporowatego glinianu wapnia o strukturze majenitu”
- „Rozkład tlenku azotu(I) na modelowych katalizatorach tlenkowych”
- „Zastosowanie algorytmów ewolucyjnych do wyznaczania parametrów widm EPR metodą symulacji komputerowej”
- „Oddziaływanie centrów niklowych w zeolitach z małymi cząsteczkami - badania spektroskopowe i modelowanie molekularne”
członkowie grupy:
dr hab. Barbara Gil, dr hab. Kinga Góra-Marek, dr Paweł Kozyra, dr inż. Bartosz Marszałek, dr Wiesław Roth, dr inż. Karolina Tarach
doktoranci:
mgr Kinga Gołąbek, mgr Justyna Grzybek, mgr Aleksandra Korzeniowska, mgr Justyna Tekla
Tematyka badawcza:
Zespół prowadzi badania katalizatorów będących zeolitami oraz materiałami mezoporowatymi. Stosujemy dwie główne metody badawcze: spektrometrię w podczerwieni IR (w badaniach IR mamy już znaczne doświadczenie), oraz obliczenia kwantowo-chemiczne. Stosujemy też inne metody badawcze: spektrometrię NMR oraz EPR, badania dyfraktograficzne (XRD), badania adsorpcyjne oraz testy katalityczne.
Tematy naszych badań są następujące:
-badania IR oraz obliczenie kwantowo-chemiczne centrów aktywnych na powierzchniach stałych katalizatorów, a zwłaszcza w zeolitach i materiałach mezoporowatych. Badamy zarówno centra kwasowe (będące centrami aktywnymi w procesach rafineryjnych i reakcjach typu „fine chemistry”), oraz kationy metali przejściowych (będące centrami aktywnymi w reakcjach „redox” (w tym „denox”)
- badania IR oraz obliczenia kwantowochemiczne oddziaływania centrów aktywnych w zeolitach i materiałach mezoporowatych z cząsteczkami reagentów. Badania te dostarczają informacji o aktywacji przez centra aktywne cząsteczek biorących udział w reakcjach katalitycznych
Grupa chemii zeolitów współpracuje z licznymi znaczącymi ośrodkami naukowymi krajowymi (Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Politechnika Krakowska), jak i zagranicznymi (Uniwersytety w Paryżu, Poitiers, Caen, Genui, Antwerpii, Namur, Cambridge).
Publikacje z ostatnich lat:
- B. Gil, A. Adamski,
"Characterization of Iron Species in Thermally MFI-type Zeolites – a Complementary use of IR and EPR Spectroscopies"
Micropor. Mesopor. Mater., 2010, 127, 82 - B. Gil, G. Kosova, J. Čejka,
"Acidity of MCM-58 and MCM-68 Zeolites: FTIR Study"
Micropor. Mesopor. Mater., 2010, 129, 256 - K. Góra-Marek
"The Reduction and Oxidation of Co Species in Zeolites CoZSM-5 Studied by IR Spectroscopy"
Catal. Today, 2009, 52, 1023 - S. Garg, K. Soni, G. M. Kumaran, R. Bal, K. Góra-Marek, J. K. Gupta, L. D. Sharma, G. M. Dhar,
"Acidity and Catalytic Activities of Sulfonated Zirconia Inside SBA-15"
Catal. Today, 2009, 141, 125 - K. Góra-Marek, H. Mrowiec, St. Walas,
"Cobalt Sites in Zeolites FAU – IR Investigations"
J. Molecular Structure, 2009, 923, 67 - J.-P. Gallas, J.-M. Goupil, A. Vimont, J.-C. Lavalley, B. Gil, J.-P. Gilson, O. Miserque,
"Quantification of Water and Silanol Species on Various Silicas by Coupling IR Spectroscopy and in-situ Thermogravimetry"
Langmuir, 2009, 25, 5825 - N. Žilkova, M. Bejblova, B. Gil, S.I. Zones, A. Burton, C.Y. Chen, Musilova-Pavlackova, G. Kosova, J. Čejka
"The Role of the Zeolite Channel Architecture and Acidity on the Activity and Selectivity in Aromatic Transformations: the Effect of Zeolite Cages in SSZ-35 zeolite"
J. Catal., 2009, 266, 79 - K. Góra-Marek, B. Gil, J. Datka
"Quantitative IR Studies of the Concentration of Co2+ and Co3+ in Zeolites CoZSM-5 and CoFER"
Appl. Catal., 2008, 353, 117 - P. Rejmak, E. Brocławik, K. Góra-Marek, M. Radoń, J. Datka,
"Nitrogen Monoxide Interaction with Cu(I) Sites in Zeolites X and Y: Quantum Chemical Calculations and IR Studies"
J. Phys. Chem. ,2008, 112, 17998 - K. Góra-Marek
"Skeletal Vibrations in CoZSM-5 Affected by Adsorbed Molecules and Reduction/Oxidation of CO Species"
J. Mol. Struct., 2008, 892, 331 - J. Załucka, P. Kozyra, M. Mitoraj, E. Brocławik
"Cu+, Ag+, Na+ Cationic Sites in ZSM-5 Interacting with Benzene: DFT Modelling, and IR Study"
Catal. Lett., 2008, 126, 241
Tematy prac doktorskich w latach 1990-2010:
- „Badanie heterogeniczności grup wodorotlenowych w zeolitach NaHZSM-5 metodą spektroskopii w podczerwieni”
- „Fizykochemiczna i katalityczna charakterystyka grup alkoksylowych w zeolitach”
- „Heterogeniczność grup OH w zeolitach badana metodą spektrometrii IR”
- „Właściwości katalityczne zeolitów”
- „Właściwości kationów Cu+ i Cu2+ w sieci zeolitu ZSM-5 i ich aktywności wobec CO, N2 i NO”
- „Właściwości kwasowe i drgania strukturalne zeolitów oraz materiałów zeolitopodobnych”
- „Badania spektroskopowe IR kationów metali przejściowych w zeolitach i ich oddziaływań z zaadsorbowanymi cząsteczkami”
- „Mechanizm oddziaływania jonów Cu+ i Ag+ w zeolitach z cząsteczkami reagentów (acetylen, eten, formaldehyd) i ich koadsorpcja z CO – modelowanie kwantochemiczne”
członkowie grupy:
dr inż. Monika Gołda-Cępa, dr Paweł Stelmachowski, dr Gabriela Grzybek
doktoranci:
mgr Klaudia Ciura, mgr Joanna Duch, mgr Tomasz Jakubek, mgr Wojciech Kaspera, mgr Sylwia Wójcik
Tematyka badawcza:
Główną inspiracją do badań prowadzonych w grupie „Chemia powierzchni i materiałów” jest zrozumienie zjawisk i procesów zachodzących na granicy faz ciało stałe/gaz i zastosowanie tej wiedzy do preparatyki powierzchni o określonych właściwościach. W grupie prowadzone są badania zarówno od strony preparatyki ciał stałych i modyfikacji ich powierzchni oraz badania reaktywności (adsorpcja/desorpcja reagentów, test katalityczny). Cele badawcze koncentrują się na zagadnieniach zarówno czysto fundamentalnych, takich jak: modyfikacja właściwości elektronowych powierzchni poprzez dotowanie alkaliami, synteza nowych materiałów do zastosowań katalitycznych, jak i aplikacyjnych związanych z badaniami powierzchni katalizatorów przemysłowych, opracowywaniem patentów nowych układów katalitycznych oraz inżynierią powierzchni implantów.
