Development of Cerium Oxide Nanoparticles for CO2 Conversion

Abstract

Tato bakalářská práce se zaměřuje na vývoj nanočástic CeO2 pro katalytickou kon- verzi oxidu uhličitého na dimethylkarbonát. Konkrétně jsou zkoumány syntéza termickým rozkladem a solvotermální syntéza. Ke studiu krystalické struktury a velikosti krystalitů nanočástic se používá prášková rentgenová difrakce a Rietvel- dova metoda, zatímco rozdíly v morfologii, velikosti a velikostním rozložení mezi těmito dvěma syntetickými přístupy jsou studovány pomocí transmisní elektronové mikroskopie, maloúhlového rentgenového rozptylu a maloúhlového neutronového rozptylu. Zvláštní důraz je kladen na použití oleylaminu při syntéze a jeho následné odstranění před katalytickými testy. Jeho přítomnost na povrchu částic je zkoumána pomocí infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací využívající techniky oslabeného celkového odrazu, Ramanovy spektroskopie a termogravimetrické analýzy. Vzorky získané po odstranění oleylaminu jsou dále charakterizovány za účelem vyhod- nocení účinnosti odstranění oleylaminu a jeho vlivu na strukturální a texturní vlast- nosti nanočástic. Nakonec jsou vybrané vzorky testovány z hlediska jejich katalytické účinnosti při přímé syntéze dimethylkarbonátu z metanolu a CO2, přičemž vykazují slibné výsledky ve srovnání s referenčním vzorkem CeO2 syntetizovaným hydrotermální syntézou...

This bachelor's thesis focuses on the development of CeO2 nanoparticles for catalytic conversion of carbon dioxide to dimethyl carbonate. Specifically thermal decompo- sition and solvothermal syntheses are investigated. Powder X-ray diffraction and Rietveld refinement are used to study the crystalline structure and crystallite size of the nanoparticles, while differences in morphology, size, and size distribution between the two synthetic approaches are studied using Transmission Electron Microscopy, Small-Angle X-ray Scattering and Small-Angle Neutron Scattering. Particular empha- sis is placed on the use of oleylamine in the synthesis and its subsequent removal before the catalytic tests. Its presence on the surface of the particles is studied using Attenuated Total Reflection Fourier Transform Spectroscopy, Raman Spectroscopy and Thermogravimetric Analysis. The samples obtained after the removal treatments are further characterized to evaluate the effectiveness of the oleylamine removal methods and their effects on the structural and textural properties of the nanoparticles. Fi- nally, selected samples are tested for their catalytic performance in direct synthesis of dimethyl carbonate from methanol and CO2, showing promising results compared with a CeO2 reference sample synthesized by...