Student: Nedumkulam Hridya
Školitel: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
Stav práce: zadaná
Anotace:
Elektrolyzér vody s protónovo-vodivou membránou (PEM-WE) je elektrochemické zariadenie, schopné premeny elektrickej energie na chemickú, prostredníctvom endergonickej reakcie 2H2O + elektrická energia -> O2 + 2H2. Premena elektriny na inú formu energie a jej následné uskladnenie je vysoko aktuálne téma, súvisiace so stále väčšiou mierou využívania obnoviteľných no nestálych zdrojov energie, akými sú napríklad slnko, či vietor.
Výskum v oblasti PEM-WE sa zameriava hlavne na zvýšenie reakčnej kinetiky a dlhodobej stability katalyzátorov jednotlivých polreakcií. Veľkou výzvou je tiež zníženie ceny katalyzátorov, nakoľko tie v súčasnosti najefektívnejšie sú na báze vzácnych kovov, ako platina, či irídium. Jednou z ciest, ako toho docieliť je vytvoriť zliatinu irídia s ruténiom, ktoré je nielen výrazne lacnejšie, ale aj zvyšuje kinetiku reakcie na anóde. Bohužial prítomnosť Ru v zliatine IrRu znižuje stabilitu tohto bimetalického systému v porovnaní s čistým Ir.
Predmetom dizertačnej práce bude naviazať na doterajšie perspektívne výsledky Skupiny nanomateriálov, predovšetkým v oblasti nových katalyzátorov pre reakciu vzniku kyslíku. Skúmané budú naprašované tenkovrstvové katalyzátory, typicky na báze IrRu/porézny nosič, pričom dôraz bude kladený na hľadanie súvislostí medzi aktivitou/stabilitou a morfológiou/hustotou defektov. Pripravia sa teda vrstvy rôzneho zloženia a morfológie s konečným cieľom identifikovať ideálne štruktúrne parameter z pohľadu aktivity, ako aj životnosti. K tomu nám dopomôže širokú škála analytických metód, vrátane elektrochemického testovania, fotoelektrónovej spektroskopie, či elektrónovej mikroskopie.
Špecifikom práce je, že bude riešená v kolaborácii s European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) v Grenobli, kde doktorand strávi približne polovicu času. Vďaka tejto spolupráci, budeme mať k dispozícii tiež operando metódy založené na rozptyle a tomografii tvrdého rentgenového žiarenia. Súčinnosť použitých techník nám umožní objaviť vzťah medzi fyzikálno-chemickými vlastnosťami bimetalických vrstiev IrRu, ich vývojom v čase a reálnou účinnosťou a stabilitou v elektrolyzére vody.