Studium tenkovrstvového katalyzátoru na bázi Ir(O_x)-Ru(O_y) pro reakci vzniku kyslíku v elektrolyzéru vody s protonově vodivou membránou

Školitel: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: volná

Anotace:
2O + elektrická energie → O₂ + 2H₂. Produktem jsou plynný vodík a kyslík, které mohou být později zpětně použity v palivovém článku. Efektivita a účinnost PEMWE je ve velké míře dána kinetikou reakce vzniku kyslíku (oxygen evolution reaction - OER), která je typicky katalyzována iridiem nebo oxidem iridia. Nejnovější poznatky však naznačují, že ruthenium resp. jeho oxid mohou být ještě aktivnější. Problémem použití Ru je však jeho nízká stabilita při vysokých operačních potenciálech PEMWE. Možným řešením problému je spojení vlastností stabilního Ir a aktivnějšího Ru.

V této práci budeme studovat přípravu a vlastnosti nanostrukturních katalyzátorů na bázi Ir-Ru prostřednictvím reaktivního magnetronového naprašování. Touto metodou jsme schopni připravit slitiny, jakož i směsné oxidy dobře definovaného složení. Velkou výhodou této metody je také fakt, že připravené tenké vrstvy obsahují podstatně méně drahých vzácných kovů než je obvyklé, což je klíčový faktor z pohledu komercializace PEMWE. Vzniklé nanostruktury budou charakterizovány řadou lokálních i integrálních metod fyziky povrchů, jako je rastrovací elektronový mikroskop, mikroskop atomárních sil, energiově disperzní spektroskopie a fotoelektronová spektroskopie. Samotné katalytické vlastnosti budou zkoumány v experimentální cele PEMWE za skutečných provozních podmínek.

Doporučená literatura:
[1] Carmo, M., Fritz, D. L., Mergel, J., & Stolten, D. (2013). A comprehensive review on PEM water electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 38(12), 4901–4934. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.151