Obecný přístup, TON a lifetime v enzymatické katalýze. Michaelisovská kinetika a obecný mechanismus enzymatických reakcí.
\r\n
Praktické použití enzymů: Izomerizace cukrů s pomocí enzymů, imobilizace enzymu - enkapsulace
Inhibice enzymatických reakcí
\r\n
6) Syntéza katalyzátorů + Charakterizace
\r\nLaboratorní měřítko – poloprovoz – průmyslová syntéza
\r\nSuroviny pro syntézu – rozdíl: laboratoř vs. skutečný proces
\r\nMetoda studia katalyzátorů:
\r\nRentgenová difrakční analýza
\r\nMikroskopie
\r\nMAS NMR
\r\nEXAFS/XANES
\r\nInfračervená spektroskopie
\r\nChemická analýza
\r\nAdsorpční techniky
\r\n7) Katalytický experiment + Charakterizace
\r\nCo je cílem katalytického testu
\r\nVýzkumný vs. průmyslový katalyzátor
\r\nZákladní představy o laboratorním katalytickém experimentu, schema aparatur, metodika přípravy experimentu, reaktory, sytiče, lineární dávkovače, dávkovací systémy
\r\nZákladní typy reaktorů – parametry – délka a výška lože, velikost částic
\r\nTesty práce v kinetické vs. difuzní oblasti
\r\nDezaktivace katalyzátorů
\r\nMetoda studia katalytických reakcí:
\r\nChromatografie
\r\nInfračervená spektroskopie
\r\nHmotnostní spektrometrie
\r\nIn-situ a Operando přístupy
\r\n8) Přednáška odborníka z praxe na vybrané téma
","inLanguage":"cs"},{"@type":"Syllabus","text":"\r\n1) Introduction to catalysis
\r\nGeneral introduction and description of catalysis:
\r\nAims and scope of the course.
\r\nBrief history of catalysis – Noble Prize winners in catalysis.
\r\nDefinition of a catalysed reaction
\r\nBasic phenomena in catalytic reactions (physical and chemical steps); genegal mechanism of a catalysed reaction;7 steps in heterogeneously catalysed reaction.
\r\nThermodynamic aspect of catalysis – a catalyst will never influence a chemical equilibrium and why. Temperature effects in catalysis.
\r\nBasic terms in catalysis: activation energy, Arrhenius equation, reaction coordinate, kvazi-stationary state assumtion, conversion, selectivity, TOF, TON, initial reaction rate, stability, environmental factor; and where these terms will apply.
\r\nDefinition and examples of homogeneous, heterogeneous, enzymatic, photocatalysis and electrocatalysis.
\r\nCurrent challenges in catalysis; sustainable and green energy and technology transition
\r\n2) Kinetics and thermodynamics of catalysed reactions
\r\nRate determining step, kinetic vs. diffusion regime of a reaction, general conditions needed to achieve a kinetic regime.
\r\nDiffusion in a catalyst; pore definition and classification.
\r\nRole of adsorption in a catalytic reaction; physisorption, chemisorption, strenght of adsoprtion and its meassurement, isosteric heat of adsorption; adsorption site and active site, adsorption isotherms (Henry, Langmuir, Freudlich, BET).
\r\nBasic mechamisms of heterogeneously catalysed reactions (Langmuir-Hinshelwood, Rideal-Eley, Mars-van Krevelen).
\r\nLangmuir-Hinshelwood – examples of kinetic equations derivation; time dependence of the product composition for different types of reactions.
\r\nThiele modulus and catalyst usage efficiency (effectiveness factor).
\r\n3) Heterogeneous catalysis
\r\nTypes of heterogeneous catalysts; catalyst, support, binder, activator
\r\nNano – micro – macro – scale of a real catalyst
\r\nActive sites in heterogeneous catalysts
\r\nZeolites: structure (primary and secondary building units, channel system, atlas of zeolites), synthesis (hydrothermal synthesis, template, mineralization agents), active sites (chemical composition of zeolites, acid sites (Bronsted vs. Lewis), ion-exchanging properties, redox centres), application examples.
\r\nOxidic and sulphidic catalysts
\r\nRaney metals
\r\nSupported metal catalysts – why do we need a support?
\r\nBifunctional catalysts – metal support synergy; metals in zeolites, metal nanoparticles encapsulation, acidic+redox catalysts.
\r\n4) Homogenous catalysis (organocatalysis)
\r\nGeneral approach; TON and catalyst lifetime
\r\nSelected types of homogeneous catalysts – acids, organometallic complexes, chiral complexes
\r\nApplication examples and discussing particular catalyst structure
\r\nAsymmetric hydrogenation, BINAP and role of ligands in OM complexes
\r\nHydroformylation
\r\nZiegler-Natta catalysts, propylene polymeration
\r\nHeterogenization of homogeneous catalysts: functionalization of support; modification of aluminosilicate support (e.g. metallocenes for polymeration); biphase catalysis
\r\n5) Enzymatic catalysis, photocatalysis, electrocatalysis
\r\n
General approaches, TON and lifetime in enzymatic catalysis; general mechanism of enzymatic reaction; Michaelis-Menton kinetics
Practical use of enzymes: enzyme catalysed sugar isometrization; enzyme encapsulation
Inhibition of enzymatic reactions
\r\n
6) Catalyst preparation and characterization
\r\nLab scale – pilot plant – industrial synthesis
\r\nResources: lab vs. industry
\r\nCatalyst characterisation:
\r\nPowder X-ray diffraction
\r\nElectron microscopy techniques
\r\nMAS NMR
\r\nEXAFS/XANES
\r\nInfrared spectroscopy
\r\nChemical analysis
\r\nAdsorption techniques
\r\n7) Catalytic experiment and related analytical techniques
\r\nAim of a catalytic test
\r\nResearch vs. industrial catalyst
\r\nLab scale catalytic experiment: apparatus and methodology; reactors, saturators, linear pumps and other dosing systems
\r\nBasic types of catalytic reactors, size of a catalyst bed, particle size
\r\nTest on kinetic vs. diffusion regime
\r\nCatalyst dezactivation
\r\nAnalytical techniques for catalytic reactions
\r\nChromatography
\r\nInfrared spectroscopy
\r\nMass spektrometry
\r\nIn-situ a Operando techniques
\r\n8) Invited talk on selected topic given by an expert in the field
","inLanguage":"en"}]}1) Úvod do katalýzy Obecný úvod do katalýzy a vymezení oblasti, které se předmět věnuje: Cíle a záběr kurzu. Stručná historie katalýzy – Nobelovy ceny v katalýze Definice katalytické reakce - klasická (snížení akt. energie pomocí změny mechanismu) i teoretická (přesun reakce na jinou hyperplochu potenciální energie). Základní pochody při katalytických reakcích (fyzikální a chemické kroky); obecný mechanismus; 7 kroků heterogenně katalyzované reakce. Termodynamický aspekt katalýzy – katalyzátor neovlivní rovnováhu a proč. Teplotní vlivy na katalyzované reakce. Základní pojmy v katalýze: aktivační energie, Arrheniova rovnice, reakční koordináta, předpoklad kvazi-stacionárního stavu a kvazi-stacionární stav, konverze, selektivita, TOF, TON, úvodní reakční rychlost, stabilita, environmentální faktor a kde se tyto pojmy uplatní. Definice+příklady homogenní, heterogenní, enzymatická, fotokatalýza, elekrokatalýza. „Kurs se bude věnovat těmto dílčím oblastem s ohledem na jejich význam“. Současné výzvy v katalýze; přechod k zeleným technologiím a obnovitelným zdrojům
2) Kinetika a termodynamika katalyzovaných reakcí Rychlost určující krok, kinetické vs. difuzní řízení reakce, obecné podmínky pro dosažení kinetického režimu. Difuze v katalyzátoru + definice a klasifikace pórů. Úloha adsorpce v katalytické reakci, fyzikální adsorpce, chemisorpce (sila adsorpce a jeji mereni), izostericke teplo adsorpce, adsorpční a aktivní centrum, adsorpční isotermy (Henryho, Langmuirova, Freundlichova isoterma, BET). Základní představy o mechanismech heterogenně katalytických reakcí (Langmuir-Hinshelwood, Rideal-Eley, Mars-van Krevelen). Langmuir-Hinshelwood - Ukázky, odvození jednoduchých kinetických rovnic pro základní typy těchto reakcí. Časové závislosti složení produktů pro různé typy reakcí. Thieleho modul a efektivita využití katalyzátoru.
3) Heterogenní katalýza Typy heterogenní katalyzátorů; složky katalyzátoru: aktivní fáze – nosič – pojivo - aktivátor Nano – mikro – makro – měřítko reálného katalyzátoru Aktivní centra v heterogenních katalyzátorech Zeolity – struktura: základní stavební jednotky, systém pórů, atlas zeolitů; syntéza: hydrotermální syntéza, úloha templátu, mineralizační činidla (OH vs. F); povaha aktivních center: chemické složení zeolitů, kyselá centra; Bronstedovská a Lewisovská kyselost, iontoměničové vlastnosti, redoxní centra; příklady využití. Oxidické a sulfidické katalyzátory Raney kovy Nosičové kovové katalyzátory – struktura: proč nosič? Bifunkční katalyzátory – synergie nosiče a kovu, kovy v zeolitech, enkapsulace kovových nanočástic, kyselé+redox katalyzátory.
4) Homogenní katalýza (organocatalysis) Obecné přístupy, pojmy TON a životnost katalyzátoru Vybrané typy homogenních katalyzátorů – kyseliny, organometalické komplexy, chirální komplexy Příklady využití s diskusí struktury katalyzátoru: asymetrická hydrogenace, BINAP + úloha ligandů v OM komplexech Hydroformylace Ziegler-Natta katalyzátory, polymerace propylenu Heterogenizace homogenních katalyzátorů: funkcionalizace katalytických nosičů, modifikace křemičitanových nosičů např. metalloceny (nejen) pro polymerizační reakce; 2-fazova katalýza
5) Enzymatická katalýza, foto a elektrokatalýza Obecný přístup, TON a lifetime v enzymatické katalýze. Michaelisovská kinetika a obecný mechanismus enzymatických reakcí. Praktické použití enzymů: Izomerizace cukrů s pomocí enzymů, imobilizace enzymu - enkapsulace Inhibice enzymatických reakcí
6) Syntéza katalyzátorů + Charakterizace Laboratorní měřítko – poloprovoz – průmyslová syntéza Suroviny pro syntézu – rozdíl: laboratoř vs. skutečný proces Metoda studia katalyzátorů: Rentgenová difrakční analýza Mikroskopie MAS NMR EXAFS/XANES Infračervená spektroskopie Chemická analýza Adsorpční techniky
7) Katalytický experiment + Charakterizace Co je cílem katalytického testu Výzkumný vs. průmyslový katalyzátor Základní představy o laboratorním katalytickém experimentu, schema aparatur, metodika přípravy experimentu, reaktory, sytiče, lineární dávkovače, dávkovací systémy Základní typy reaktorů – parametry – délka a výška lože, velikost částic Testy práce v kinetické vs. difuzní oblasti Dezaktivace katalyzátorů Metoda studia katalytických reakcí: Chromatografie Infračervená spektroskopie Hmotnostní spektrometrie In-situ a Operando přístupy
8) Přednáška odborníka z praxe na vybrané téma
Současný svět stojí z velké části na produktech chemického průmyslu a přibližně 85-90% všech chemických procesů je katalyzováno nějakým typem heterogenního nebo homogenního katalyzátoru. Cílem kurzu je seznámit studenty se základními principy katalýzy. Důraz je kladen zejména na pochopení funkce katalyzátoru a jeho chování v katalytických reakcích, možnosti přípravy, mechanismy katalytických reakcí a využití experimentálních technik ke studiu katalyzátorů a průběhu katalytických reakcí. Vlastní přednášky (průměrně 2 hodiny týdně) budou doplněny cvičeními nebo experimentálními úkoly (průměrně 1 hodina týdně).
Kurs předpokládá obecné znalosti z anorganické, organické a fyzikální chemie. Na kurs navazuje předmět Praktická katalýza.
Po dobu nařízené distanční výuky bude předmět realizován formou přednášek prostřednictvím služby Zoom. Cvičení budou probíhat v prostředí služby google classroom/google meet.