Charakterizace bimetalických katalyzátorů na bázi Pt pro palivové články

Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Stav práce: volná

Anotace:
Palivové články s polymerní membránou patří mezi nejslibnější alternativní zdroje čisté energie [1]. Nicméně komercializace palivových článků je omezena pomalou kinetikou reakce redukce kyslíku (ORR), která běží na katodě. Další překážkou je vysoká cena platiny, která zůstává jediným katalyzátorem pro ORR splňujícím požadavky na katalýzu a stabilitu. Zatím jednou z nejlepších strategií překonání těchto omezení je dopování platiny jinými kovy. Bimetalické slitiny platiny zvětšují elektrokatalytickou aktivitu vůči ORR a současně snižují cenu katalyzátoru [2].

Zatím ale chybí úplná znalost vývoje struktury a složení slitinových katalyzátorů v podmínkách provozu palivových článků. To je dáno především proto, že většina studií zkoumala katalyzátory pouze před a po reakci. Vznik moderních in-situ technik umožňuje zkoumat katalyzátor za podmínek, které se blíží reálnému provoznímu prostředí [3].

V rámci bakalářské práce budou připravovány bimetalické katalyzátory metodou magnetronového naprašování. Simulace provozních podmínek palivového článku bude provedena v elektrochemické cele a chování bimetalických vrstev bude zkoumáno pomocí in-situ mikroskopie atomárních sil přímo v elektrochemické cele (EC-AFM). Pro dodatečnou charakterizaci budou využívaný také ex-situ metody elektronových mikroskopií (SEM, TEM) a fotoelektronová spektroskopie (XPS).

Cíle práce:
1) Seznámení se s problematikou [1-3].
2) Seznámení se s experimentálními technikami: cyklická voltammetrie, EC- AFM, SEM [4-6].
3) Příprava bimetalických katalyzátorů metodou magnetronového naprašování a jejich charakterizace.
4) Měření morfologie povrchu katalyzátoru v EC-AFM za podmínek, které se blíží reálnému provoznímu prostředí v palivovém článku.

Literatura:
[1] W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, eds., Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, Wiley, 2003
[2] J. Greeley, I.E.L. Stephens, A.S. Bondarenko, T.P. Johansson, H.A. Hansen, T.F. Jaramillo, J. Rossmeisl, I. Chorkendorff, J.K. Norskov, Alloys of platinum and early transition metals as oxygen reduction electrocatalysts., Nat. Chem. 1 (2009) 552–556.
[3] Y. Choi, H. Mistry, B.R. Cuenya, New insights into working nanostructured electrocatalysts through operando spectroscopy and microscopy, Curr. Opin. Electrochem. 1 (2017) 95–103.
[4] V.S. Bagotsky, Fundamentals of Electrochemistry, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 2005
[5] J. Keresteš, Diplomová práce, KFPP MFF UK, 2016.
[6] I. Khalakhan, M. Vorokhta, M. Václavů, B. Šmíd, J. Lavková, I. Matolínová, R. Fiala, N. Tsud, T. Skála, V. Matolín, In-situ electrochemical atomic force microscopy study of aging of magnetron sputtered Pt-Co nanoalloy thin films during accelerated degradation test, Electrochim. Acta. 211 (2016) 52–58.