Redoxní vlastnosti modelového elektrokatalyzátoru Ru(0001)

Student: Výhonský Matyas
Vedoucí: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Stav práce: zadaná

Anotace:
Elektrochemické reakce probíhající na rozhraní mezi pevnou elektrodou a elektrolytem reprezentují klíčový proces v řadě technologií pro konverzi a ukládání energie [1]. Účinnost technologie je často určena účinností elektrody, která zároveň působí jako katalyzátor, vůči oxidaci nebo redukci malých anorganických nebo organických molekul. Optimalizace elektrody vyžaduje kontrolu její morfologie a chemického složení na atomární úrovni [2]. Potřebné informace pro optimalizaci poskytují např. modelově katalytické studie, kdy je atomárně rovná monokrystalické elektroda opatřena vysoce kontrolovanou nanostrukturou a reaktivita elektrody korelována s morfologickými parametry této nanostruktury [3]. Cílem vypisované bakalářské práce je připravit modelovou elektrodu na monokrystalu Ru(0001) a získat informaci o korelaci mezi hustotou lineárních defektů – atomárních schodů – na povrchu elektrody a aktivitou elektrody vůči redukci acetonu. Aceton v tomto případě reprezentuje tzv. kapalný organický nosič vodíku (LOHC, [4]), který při elektrochemické oxidaci pojme molekulu H2 za vzniku molekuly isopropanolu. Příprava a charakterizace modelových elektrod bude prováděna metodami fyziky povrchů: rastrovací tunelovou mikroskopií (STM), fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a elektronovou difrakcí (LEED), elektrochemická aktivita elektrod bude určena pomocí elektroanalytických technik. Bakalářská práce bude prováděna na aparatuře, která umožňuje studium vzorků pomocí experimentálních technik fyziky povrchů v kombinaci s elektroanalytickou charakterizací vzorků. Práce je součástí mezinárodních aktivit skupiny fyziky povrchů v elektrokatalýze. Výsledky práce budou základem pro navazující studie katalytické aktivity rutheniových elektrod.

Cíle práce:

•Seznámení se s metodikou modelových elektrokatalytických experimentů [5] •Příprava povrchů Ru(0001) s různou hustotou atomárních schodů [6] •Seznámení se s experimentálními metodami STM, LEED, XPS [7, 8] •Měření elektrochemické aktivity povrchů Ru(0001) •Vyhodnocení a prezentace získaných dat

Literatura

1] Z. W. Seh, et al., “Combining theory and experiment in electrocatalysis: Insights into materials design,” Science 355, eaad4998, 2017, doi:10.1126/science.aad4998. [2] A. S. Bandarenka and M. T. M. Koper, “Structural and electronic effects in heterogeneous electrocatalysis: Toward a rational design of electrocatalysts,” J. Catal. 308, 11, 2013, doi:10.1016/j.jcat.2013.05.006. [3] F. Faisal et al., “Electrifying model catalysts for understanding electrocatalytic reactions in liquid electrolytes,” Nat. Mater., 17, 592, 2018, doi:10.1038/s41563-018-0088-3. [4] C. Stumm et al., “Model electrocatalysts for the oxidation of rechargeable electrofuels - carbon supported Pt nanoparticles prepared in UHV,” Electrochim. Acta, 389, 138716, 2021, doi:10.1016/j.electacta.2021.138716. [5] P. K. Samal, “Bridging Ultrahigh Vacuum and Electrochemistry to Unveil Redox and Electrocatalytic Properties of Noble Metals,” Ph.D. Thesis, Charles University, 2025. [6] J. Škvára, “Nanostrokturované kovové substráty pro modelovou katalýzu,” diplomová práce, Univerzita Karlova, 2022. [7] L. Eckertová (Ed.), Metody analýzy povrchů: elektronová spektroskopie (Academia, Praha, 1990) [8] L. Eckertová (Ed.), Metody analýzy povrchů: elektronová mikroskopie a difrakce (Academia, Praha, 1996)