PRINCIPY  A  METODY  HETEROGENNÍ  KATALÝZY

IV. ročník, zimní semestr 2000/2001

  1. Úvod do heterogenní katalýzy
    Obecný úvod do katalýzy. Chemická kinetika - rychlostní rovnice, řád reakce, molekularita reakce; elementární reakce, reakce monomolekulární, bimolekulární, následné, zpětné.
    Základní pojmy v katalýze - konverze, selektivita, výtěžek, aktivační energie, Arrheniova rovnice, srážková teorie, teorie aktivovaného komplexu, reakční koordináta,

  2. Kinetika heterogenně katalytických reakcí
    Základní pochody při heterogenně katalytických reakcích (fyzikální a chemické kroky), rychlost určující krok reakce, úloh adsorpce v katalytické reakce, fyzikální adsorpce, chemisorpce, adsorpční a aktivní centrum, adsorpční isotermy (Langmuirova isoterma, Freundlichova isoterma, BET), 
    Základní představy o mechanismech heterogenně katalytických  reakcí (Langmuir-Hinshelwood, Rideal-Eley). Ukázky, odvození jednoduchých kinetických rovnic pro základní typy těchto reakcí. Časové závislosti složení produktů pro různé typy reakcí.

  3. Aktivní centrum
    Možnosti aktivace molekul,
    Kyselost a její charakterizace, Broenstedovská a Lewisovská kyselost, vliv kyselosti a typu center na průběh acidobazických reakcí, superkyseliny, tvrdost a měkkost kyselin. 
    Redox centra - základní představy a reakčních mechanismech při oxidační katalýze (radikálové reakce, Mars-van Krevelen, peroxy skupiny). Aktivní centra v metalocenech pro polymerace.

  4. Charakterizace katalyzátorů s použitím instrumentálních technik
    Základní experimentální metody a jejich použití v heterogenní katalýze:
    Studium pevné fáze - XRD, MAS NMR, FTIR, mikroskopie, povrchové techniky, sorpční měření, kalorimetrie (kombinace technik - XRD-kalorimetrie), "in-situ" techniky.

  5. Instrumentální techniky ke studiu katalytických reakcí
    Studium adsorbované a plynné fáze (reakční meziprodukty) - GC, FTIR, MS, NMR, GC-MS, termická analýza-MS, "in-situ" metody, vysokoteplotní cely.

  6. Katalytický test - experimentální vybavení, provedení testu, hodnocení
    Základní představy o katalytickém experimentu, rozvaha katalytického experimentu, schema aparatur, metodika přípravy experimentu, reaktory, kinetická a difuzní oblast, sytiče, lineární dávkovače, dávkovací systémy. 

  7. Studium mechanismu katalytických reakcí
    Jak studovat mechanismy katalytických reakcí, návrh experimentu.
    Jednotlivé elementární kroky reakce, separace jednotlivých dílčích kroků a jejich popis. 

  8. Kyselá katalýza 
    Příklady důležitých heterogenně katalytických procesů v acidobazické katalýze, vysvětlení reakčních mechanismů,

  9. Basická katalýza
    Vysvětlení základních pojmů z basické katalýzy, reakční mechanismy, typy reakcí. 
    Odlišnost od reakcí katalyzovaných kyselinami. 

  10. Redox katalýza
    Základní mechanistické představy o oxidaci různých typů organických molekul pomocí kyslíku nebo organických peroxidů, úloha reakčního prostoru a typu oxidačního činidla.

  11. Katalýza na kovech a oxidech, polymerech a enzymatická katalýza
    Základní představy o metodách ke studiu povrchu kovů a oxidů, příklady katalýzy na kovech, oxidech kovů, na kovech na nosičích. Základní pojmy z enzymatické katalýzy (Michaelis-Mentenova kinetika).

  12. Příprava a struktura vybraných typů katalyzátorů
    Syntéza a modifikace katalyzátorů, syntéza heteropolykyselin, hydrotermální syntéza zeolitů a úloha organických templátů při hledání nových strukturních typů zeolitů.
    Příprava kovových katalyzátorů.
    Funkcionalizace katalytických nosičů, modifikace křemičitanových nosičů např. metalloceny pro polymerizační reakce.

  13. Struktura a vlastnosti katalyzátorů na bázi molekulových sít
    Objasnění základních vztahů mezi strukturou, vlastnostmi a katalytickým chováním zeolitických molekulových sít v kyselé, basické a redox katalýze.

  14. Syntéza, struktura, vlastnosti a využití heteropolykyselin v katalýze
    Vysvětlení základních pojmů v oblasti heteropolykyselin, syntéza, struktura a katalytické využití.
    Příklady přípravy zajímavých organických molekul pomocí heterogenní katalýzy.

Doporučená literatura:

Catalysis - An Integrated Approach to Homogeneous, 
Heterogeneous and Industrial Catalysis

Elsevier, Amsterdam 1993.

Spectroscopy in Catalysis - J.H. Niemantsverdriet, VCH Berlin 1995.

Industrial Catalysis - J. Hagen, Wiley-VCH Weinheim 1999.

   ZPĚT