Samoorganizovaný růst nanostruktur kov-oxid pro modelovou elektrokatalýzu

Student: Samal Pankaj Kumar
Školitel: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Stav práce: zadaná

Anotace:

Celosvětový přechod k obnovitelné ekonomice vyžaduje konceptuální změnu metod chemické produkce a ukládání energie. V této souvislosti představují katalyzované elektrochemické reakce jednu z klíčových technologií [1]. Pro porozumění elementárních fyzikálně-chemických procesů na chemicky a strukturně komplexních površích elektrokatalyzátorů se rozvíjejí tzv. modelové přístupy, kdy jsou elektrokatalytické procesy studovány na površích nanostruktur s atomárně definovanou morfologií [2].

Navrhovaná práce se zabývá samoorganizovaným růstem atomárně definovaných nanostruktur kov-oxid a jejich charakterizací v modelově katalytických experimentech [3]. Atomárně definované nanostruktury kov-oxid je obtížné připravovat čistě elektrochemickými postupy. Příprava takovýchto systémů je naopak rutinně zvládnuta ve fyzice povrchů, kde jsou pro přípravu modelových katalyzátorů používány fyzikální metody [4]. Kombinace fyzikálních a elektrochemických postupů v modelových studiích představuje originální rys navrhované práce, který umožní získat jedinečné informace o vztahu mezi morfologií a reaktivitou katalyzátorů v elektrochemických reakcích. Studované elektrokatalytické materiály budou kombinace kovů Pd, Rh a oxidů ceru a kobaltu, studované reakce elektrooxidace energeticky relevantních molekul s důrazem na molekuly obsahující vazby C-C.

Navrhovaná práce je bilaterální (v režimu Cotutelle) a bude probíhat střídavě ve Skupině fyziky povrchů KFPP MFF UK (Praha, ČR, školitel doc. Josef Mysliveček) [5], [6] a ve Skupině pro výzkum povrchů a katalýzu na Katedře chemie a farmacie Univerzity Fiedricha a Alexandra (Erlangen, Německo, školitel Prof. Jörg Libuda) [3], [7], [8].

Literatura:

• [1] V. R. Stamenkovic et ak., “Energy and fuels from electrochemical interfaces,” Nat. Mater., vol. 16, pp. 57–69, 2017, doi:10.1038/nmat4738.
• [2] N. M. Markovic and P. N. J. Ross, “Surface science studies of model fuel cell electrocatalysts,” Surf. Sci. Reports, vol. 45, pp. 117–229, 2002, doi:10.1016/S0167-5729(01)00022-X.
• [3] F. Faisal et al., “Electrifying model catalysts for understanding electrocatalytic reactions in liquid electrolytes,” Nat. Mater., vol. 17, pp. 592–598, 2018, doi:10.1038/s41563-018-0088-3.
• [4] H. Kuhlenbeck, S. Shaikhutdinov, and H. Freund, “Well-ordered transition metal oxide layers in model catalysis - a series of case studies,” Chem. Rev., vol. 113, pp. 3986–4034, 2013, doi:10.1021/cr300312n.
• [5] F. Dvořák et al., “Creating single-atom Pt-ceria catalysts by surface step decoration,” Nat. Commun., vol. 7, p. 10801, 2016, doi:10.1038/ncomms10801.
• [6] F. Dvořák et al., “Bulk Hydroxylation and Effective Water Splitting by Highly Reduced Cerium Oxide: The Role of O Vacancy Coordination,” ACS Catal., vol. 8, 2018, doi:10.1021/acscatal.7b04409.
• [7] G. N. Vayssilov et al., “Support nanostructure boosts oxygen transfer to catalytically active platinum nanoparticles,” Nat. Mater., vol. 10, pp. 310–315, 2011, doi:10.1038/nmat2976.
• [8] Y. Lykhach et al., “Counting electrons on supported nanoparticles,” Nat. Mater., vol. 15, pp. 284–288, 2016, doi:10.1038/nmat4500.
• a další aktuální časopisecká literatura v oboru / and other scientific papers in the field