Školitel: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Stav práce: volná
Anotace:
Elektrochemická syntéza představuje klíčovou technologii pro efektivní využití elektřiny z obnovitelných zdrojů v chemickém průmyslu. [1]. Mezi elektro-katalyzovanými reakcemi získává rostoucí pozornost elektrooxidace organických molekul, mimo jiné díky schopnosti vytvářet cenné produkty způsobem šetrným k životnímu prostředí [2], [3]. Vývoj katalyzátorů pro elektrooxidaci organických molekul se v současnosti opírá o velké množství empirických a mechanistických experimentálních poznatků, charakter a funkce povrchových katalyticky aktivních center na atomární úrovni však zůstávají neobjasněny.
Navrhovaná práce si klade za cíl identifikovat na atomární úrovni povrchová katalyticky aktivní centra pro elektrooxidaci organických molekul pomocí kombinovaných experimentů metodami povrchové fyziky a elektrochemie [4]–[6]. V rámci práce budou pomocí experimentálních metod fyziky povrchů připravovány a charakterizovány tzv. modelové katalyzátory na monokrystalických kovových substrátech. Metody fyziky povrchů umožňují kontrolovat chemické složení a morfologii modelových katalyzátorů na atomární úrovni [7]. Důraz bude kladen na kontrolovanou přípravu aktivních center na bázi povrchových defektů nebo bifunkčních adsorpčních pozic, které obecně poskytují nejvyšší aktivity a selektivity. Po kvantifikaci aktivních center bude aktivita, selektivita a stabilita modelových katalyzátorů vyhodnocena v elektrochemických reakcích. Pro stabilní modelové katalyzátory umožní korelace výstupů z povrchově fyzikálních a elektrochemických experimentů identifikaci aktivních center na atomární úrovni.
Navrhovaná práce bude prováděna na katedře fyziky povrchů a plazmatu MFF UK. Navrhované práce bude součástí výzkumného projektu zaměřeného na porozumění elektrochemické konverze organických molekul na atomární úrovni. Pro účely navrhované práce je k dispozici experimentální aparatura vybavená metodami rastrovací tunelová mikroskopie (STM), rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) a difrakce nízkoenergetických elektronů (LEED) a umožňující in-situ elektrochemickou charakterizaci připravených vzorků.
Literatura:
[1] V. R. Stamenkovic et al., “Energy and fuels from electrochemical interfaces,” Nat. Mater. 16, 57, 2017, doi:10.1038/nmat4738.
[2] Y. Holade et al., “Recent advances in the electrooxidation of biomass-based organic molecules for energy, chemicals and hydrogen production,” Catal. Sci. Technol. 10, 3071, 2020, doi:10.1039/C9CY02446H.
[3] M. P. J. M. van der Ham et al, “Electrochemical and Non-Electrochemical Pathways in the Electrocatalytic Oxidation of Monosaccharides and Related Sugar Alcohols into Valuable Products,” Chem. Rev. 124, 21, 11915, 2024, doi:10.1021/acs.chemrev.4c00261.
[4] N. M. Markovic and P. N. J. Ross, “Surface science studies of model fuel cell electrocatalysts,” Surf. Sci.Reports, 45, 117, 2002, doi:10.1016/S0167-5729(01)00022-X.
[5] A. R. Fairhurst et al., “Electrocatalysis: From Planar Surfaces to Nanostructured Interfaces,” Chem. Rev. 125, 1332, 2025, doi:10.1021/acs.chemrev.4c00133.
[6] F. Faisal et al.,“Electrifying model catalysts for understanding electrocatalytic reactions in liquid electrolytes,” Nat. Mater. 17, 592, 2018, doi:10.1038/s41563-018-0088-3.
[7] P. K. Samal, “Bridging Ultrahigh Vacuum and Electrochemistry to Unveil Redox and Electrocatalytic Properties of Noble Metals,” Ph.D. Thesis, Charles University, 2025.