Studium nových katalytických materiálů pro palivové články s polymerní membránou

• Název práce v češtině: Studium nových katalytických materiálů pro palivové články s polymerní membránou
• Název v anglickém jazyce: Study of new catalytic materials for proton exchange membrane fuel cells
• Klíčová slova: PEMFC, oxid ceru, magnetronové naprašování, XPS, adsorpce CO
• Klíčová slova anglicky: PEMFC, cerium oxide, magnetron sputtering, XPS, CO adsorption
• Akademický rok vypsání: 2010/2011
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 03.11.2010
• Datum zadání: 03.11.2010
• Datum a čas obhajoby: 18.05.2012 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 19.04.2012
• Datum odevzdání tištěné podoby: 19.04.2012
• Datum proběhlé obhajoby: 18.05.2012
• Oponenti: Ing. Petr Jiříček, CSc.
• Konzultanti: prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr.

Zásady pro vypracování

1) Bibliografická rešerše.
2) Zvládnutí základních funkcí ovládání řádkovacího elektronového mikroskopu spektrometru XPS/TDS.
3) Příprava vrstev oxidu pomocí magnetronového naprašování.
4) Měření vlastností připravených struktur (elektronová struktura, stechiometrie, reaktivita) a vyvození závěrů z porovnání těchto vlastností s parametry přípravy.
5) Vyhodnocení výsledků a sepsání diplomové práce.

Seznam odborné literatury

1) NANOCATALYSIS, U. Heinz, U. Landman, Springer, ISBN 978-3-540-74551-8, Berlin 2007, 2008.
2) NANOTECHNOLOGY IN CATALYSIS, B. Zhou, S. Han, R. Raja, G.A. Somorjai, Springer, ISBN 978-0387-34687-8, New York 2007.
3) PHYSICS AND CHEMISTRY OF INTERFACES, H-J Butt, K. Graf, M. Kappl, Willey-VCH, ISBN 978-3-527-40629-6, Weinheim 2006.
4) SURFACE SCIENCE - Foundation of Catalysis and Nanoscience, K.W. Kolasinski, Willey, ISBN 0-471-49245 0, West Sussex, England 2002.
5) Matolin, V; Cabala, M; Matolinova, I; Skoda, M; Vaclavu, M; Prince, KC; Skala, T; Mori, T; Yoshikawa, H; Yamashita, Y; Ueda, S; Kobayashi, K, Pt and Sn Doped Sputtered CeO2 Electrodes for Fuel Cell Applications, Fuel Cells, 10 (1): 139-144, 2010.
6) Vaclavu, M; Matolinova, I; Myslivecek, J; Fiala, R; Matolin, V, Anode Material for Hydrogen Polymer Membrane Fuel Cell: Pt-CeO2 RF-Sputtered Thin Films, J. Electrochem. Soc., 156 (8): B938-B942, 2009.

Předběžná náplň práce

Hledání nových zdrojů energie se stéle více zaměřuje na konverzi uhlovodíků na vodík pro napájení palivových článků. V poslední době bylo dosaženo velkého pokroku ve vývoji článků s polymerní membránou, např. Nafion. Doposud je považován za jediný vhodný materiál pro přípravu anody platina a slitina Pt-Ru. Ve snaze o snížení ceny jsou intenzívně hledány další materiály, které by mohly čistou Pt nahradit, případě její obsah snížit. Jednou z cest je využití velmi tenkých vrstev směsných oxidů Pt-Ce-O nebo Pt-Sn-Ce-O s obsahem platiny méně než 5 at%. Tyto vrstvy jsou připravovány magnetronovým naprašováním na uhlíkové nanotrubičky*.

Diplomová práce naváže na problematiku řešenou na našem pracovišti, která je zaměřena na studium katalytických vlastností modelových a nanostrukturních katalyzátorů na bázi CeO2. Práce bude zaměřena na studium mechanizmu vytváření protonického vodíku H+ při interakci katalyzátoru s vodíkem a koadsorpce CO a vodíku na aktivním povrchu v závislosti na chemickém složení a struktuře. Fyzikálně chemické a strukturní vlastnosti budou studovány metodami analýzy povrchů, především fotoelektronovou spektroskopií (XPS), termodesorpční spektroskopií (TDS) a řádkovací elektronovou mikroskopií (SEM). Reaktivita bude měřena v palivovém článku s polymerní membránou (PEMFC ? polymer proton exchange fuel cell). Cílem práce je skloubit měření chemické aktivity katalytických anodových systémů se studiem jejich fyzikálně chemických vlastností.

* V. Matolín, "Katalyzátor na bázi kov-CeO2 pro použití v palivových článcích," Patent PV 2008-630, 22.4.2010.

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dipl-abs.php?id=641