Školitel: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D.
Konzultant: Yevheniia Lobko, Ph.D.
Stav práce: volná
Anotace:
Rostoucí potřeba nízkoemisních technologií vyžaduje vývoj pokročilých energetických systémů založených na účinných a stabilních katalytických materiálech. Technologie využívající vodík – zejména palivové články a elektrolyzéry – se stávají klíčovými prvky budoucí bezuhlíkové energetiky. Jejich výkon však zásadně ovlivňují povrchové procesy, kde dochází k přenosu náboje a adsorpci/desorpci meziproduktů. Tradiční řešení spoléhají na vysoký obsah platiny, což znemožňuje ekonomicky výhodné škálování.
Navrhovaná doktorská práce je zaměřena na návrh, syntézu a optimalizaci nanostrukturovaných katalyzátorů s vysokou aktivitou, dlouhodobou stabilitou a sníženým obsahem drahých kovů. Zvláštní pozornost bude věnována tomu, jak morfologie, krystalinita, povrchové defekty a elektronová struktura ovlivňují elektrokatalytické vlastnosti. Cílem projektu je explicitně propojit principy povrchové vědy s optimalizací katalyzátorů, a vytvořit tak vztahy mezi atomární strukturou povrchu a makroskopickým výkonem.
Výzkum bude kombinovat chemickou syntézu (wet synthesis) a techniku magnetronového naprašování pro přípravu katalyzátorů s řízenou nanoskopickou architekturou a laditelnými povrchovými terminacemi. Jejich funkčnost bude testována v realistických podmínkách pomocí strukturní (SEM), chemické (XPS/EDX) a elektrochemické charakterizace (R(R)DE). Klíčovou částí práce bude využití povrchově citlivých ex situ i operando metod, zejména rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a near ambient pressure XPS, které umožní sledovat změny oxidačních stavů, adsorpční chování a povrchové rekonstrukce během elektrokatalytických procesů. Elektrochemické procesy na rozhraní elektrokatalyzátor–elektrolyt budou detailně zkoumány s cílem porozumět vývoji povrchové chemie v provozních podmínkách.
Očekávaným výsledkem výzkumu je vývoj nových vysoce účinných katalyzátorů vhodných pro technologie výroby i využití vodíku, doplněný o mechanistické poznatky založené na metodách surface science přispějí k přechodu na udržitelné a ekonomicky životaschopné vodíkové technologie.
Klíčová slova:
vodíkové technologie, elektrokatalýza, nanostrukturované katalyzátory, snížení obsahu platiny, palivové články, operando spektroskopie.
Literatura:
• Manjinder Singh, Dasu Ram Paudel, Hayoung Kim, Tae Hyeong Kim, Jaejun Park, Seunghyun Lee. Interface engineering strategies for enhanced electrocatalytic hydrogen evolution reaction. Energy Advances, vol. 4, 2025, pp. 716-742. RSC Publishing.
• San Ping Jiang, Qingfeng Li. Introduction to Fuel Cells: Electrochemistry and Materials. Springer Nature, 2022. ISBN 978-981-10-7626-8.
• Marc Koper, Andrzej Wieckowski. Fuel Cell Catalysis: A Surface Science Approach. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc, 2009. ISBN 978-0-470-13116-9.