Modelové elektrokatalyzátory na bázi perovskitů

Student: Škvára Jan
Školitel: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Konzultant: Doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.
Stav práce: zadaná

Anotace:

Transformace globální ekonomiky na ekonomiku založenou na obnovitelných zdrojích energie vyžaduje rozvoj nových technologií pro chemickou produkci a chemické konverze energie. V této souvislosti představují katalyticky aktivované elektrochemické reakce jedny z nejperspektivnějších technologií [1]. Mezi potenciálními elektrokatalyzátory zaujímají materiály odvozené z perovskitů význačné postavení díky své relativní dostupnosti a díky širokému rozsahu kontrolovatelných chemických a elektronických vlastností [2]. Potřebný vhled do mechanizmů elektrokatalytických reakcí lze získat postupy takzvané modelové katalýzy, která připravuje a zkoumá modelové katalyzátory s odstupňovanou složitostí. Nejjednodušší modelové katalyzátory – monokrystalické povrchy – jsou kontrolovaně modifikovány na atomární úrovni a identifikují se chemické a strukturní modifikace, které podporují katalytickou aktivitu [3] [4].

Navrhovaná doktorská práce se bude zabývat přípravou atomárně definovaných povrchů perovskitů nanostrukturními metodami a charakterizací těchto povrchů v modelově katalytických experimentech [5]. Těžiště projektu budou tvořit experimenty k určení stability, aktivity a možností aktivace povrchů perovskitů vzhledem k elementárním chemickým reakcím zprostředkujícím konverze energie pomocí molekul H2, CO2, CO and O2.

Navrhovaná doktorská práce bude realizována v laboratořích katedry fyziky povrchů a plazmatu MFF UK v Praze. Doktorská práce bude součástí širšího výzkumného projektu zaměřeného na porozumění fyzikálně-chemických vlastností perovskitů na atomární úrovni [6]. Pro účely doktorské práce jsou k dispozici experimentální techniky rastrovací tunelové mikroskopie (STM), rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a nekontaktní mikroskopie atomárních sil (nc-AFM), vždy v kombinaci s možností paralelní elektrochemické charakterizace vzorků.

Předpoklady: Ukončené magisterské studium fyziky nebo chemie, fyzika/chemie pevných látek výhodou.

Literatura:

• [1] V. R. Stamenkovic, D. Strmcnik, P. P. Lopes, and N. M. Markovic, “Energy and fuels from electrochemical interfaces,” Nat. Mater., vol. 16, no. 1, pp. 57–69, Jan. 2017, doi:10.1038/nmat4738.
• [2] M. Kubicek, A. H. Bork, and J. L. M. Rupp, “Perovskite oxides-a review on a versatile material class for solar-to-fuel conversion processes,” J. Mater. Chem. A, vol. 5, no. 24, pp. 11983–12000, 2017, doi:10.1039/c7ta00987a.
• [3] G. Ertl, “Reactions at surfaces: From atoms to complexity (Nobel lecture),” Angew. Chemie - Int. Ed., vol. 47, pp. 3524–3535, 2008, doi:10.1002/anie.200800480.
• [4] N. M. Markovic and P. N. J. Ross, “Surface science studies of model fuel cell electrocatalysts,” Surf. Sci.Reports, vol. 45, no. 4–6, pp. 117–229, Apr. 2002, doi:10.1016/S0167-5729(01)00022-X.
• [5] F. Faisal, C. Stumm, M. Bertram, F. Waidhas, Y. Lykhach, S. Cherevko, F. Xiang, M. Ammon, M. Vorokhta, B. Šmíd, T. Skála, N. Tsud, A. Neitzel, K. Beranová, K. C. Prince, S. Geiger, O. Kasian, T. Wähler, R. Schuster, M. A. Schneider, V. Matolín, K. J. J. Mayrhofer, O. Brummel, and J. Libuda, “Electrifying model catalysts for understanding electrocatalytic reactions in liquid electrolytes,” Nat. Mater., vol. 17, no. 7, pp. 592–598, Jul. 2018, doi:10.1038/s41563-018-0088-3.
• [6] M. Setvin, M. Reticcioli, F. Poelzleitner, J. Hulva, M. Schmid, L. A. Boatner, C. Franchini, and U. Diebold, “Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3 (001),” Science, vol. 359, no. 6375, pp. 572–575, Feb. 2018, doi:10.1126/science.aar2287.