Selectivity driving parameters in reactions catalyzed by zeolites

• Thesis title in Czech: Parametry určující selektivitu katalytických reakcí na zeolitech
• Thesis title in English: Selectivity driving parameters in reactions catalyzed by zeolites
• Key words: zeolit, katalýza, Lewisova kyselina, selektivita, přenos vodíku
• English key words: zeolite, catalysis, Lewis acid, selectivity, hydrogen transfer
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: Ing. Jan Přech, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 13.10.2023
• Date of assignment: 13.10.2023

Guidelines

Physical chemistry for PhD students
Principles of Catalysis
Applied Catalysis
Zeolites and molecular sieves

Preliminary scope of work

Zeolity jsou robustní heterogenní katalyzátory šetrné k životnímu prostředí. Obsahují inkorporované ionty kovů, které působí jako místa Bronstedovsky nebo Lewisovky kyselá centra. Zejména Lewisovsky kyselá centra (vytvořená např. ionty Ti, Sn, Zr a Hf) katalyzují selektivní redoxní reakce, jako jsou oxidace peroxidy nebo reakce přenosu vodíku. Typ a koordinace kyselých center spolu s jejich omezeným prostorem, okolním prostředím kanálu a dalšími parametry definují katalytické vlastnosti.
Zastřešujícím cílem tohoto doktorandského projektu je nalézt parametry, které definují selektivitu ve vybraných reakcích přenosu vodíku, využít tyto parametry k řízení selektivity a v ideální případě indukovat stereoselektivní průběh reakce.
Projekt bude zahrnovat 3 základní úkoly: (I) syntéza Lewisovsky kyselých zeolitů, která bude zahrnovat optimalizaci známých syntéz pro řízení typu přítomných kyselých center, (II) výzkum vybraných reakcí přenosu vodíku z hlediska a vlivu použitých podmínek a ko-katalyzátorů fungujících jako modifikátory selektivity, a (III) identifikaci parametrů, které ovlivňují reakční mechanismus zejména s ohledem na řízení selektivity. Z těchto tří bude nejdůležitější úkol II, který bude zahrnovat jednoduché experimenty ve vsádkových katalytických reaktorech i práci se složitými mikroprůtokovými katalytickými aparaturami.

Preliminary scope of work in English

Zeolites are robust and environmentally friendly heterogeneous catalysts. They contain incorporated framework metal ions, which act as Bronsted or Lewis acid sites. In particular, the Lewis acid sites (generated, e.g., by incorporated Ti, Sn, Zr, and Hf ions) catalyze selective redox reactions such as oxidation with peroxides or hydrogen transfer reactions. Type and coordination of the acid sites together with their confinement and surrounding channel environment and other parameters define the site catalytic properties.
The overarching aim of this PhD project is to find parameters, which define the selectivity in selected hydrogen transfer reactions, use these parameters to drive the selectivity and ultimately induce a stereoselective progress of the reaction.
The project will cover 3 basic tasks: (I) synthesis of the Lewis acid zeolites, which will include known syntheses optimization to drive type of the present acid sites, (II) investigation of selected hydrogen-transfer reactions in terms of and varying the used conditions and cocatalysts acting as selectivity modifiers, and (III) identifying parameters, which influence the the reaction mechanism particularly in respect to controling the selectivity. Of these, task II will be the most important and it will include simple experiments in batch catalytic reactors as well as work with complex microflow catalytic apparatus.