Elektrokatalýza modelových a reálných katalyzátorů pro palivové články

• Název práce v češtině: Elektrokatalýza modelových a reálných katalyzátorů pro palivové články
• Název v anglickém jazyce: Electrocatalysis of model and real catalysts for fuel cells
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 03.10.2016
• Datum zadání: 03.10.2016
• Datum potvrzení stud. oddělením: 03.10.2016
• Konzultanti: prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

Zásady pro vypracování

Práce bude probíhat v zavedené pracovní skupině, která má k dispozici široké spektrum experimentálních technik fyziky povrchů včetně mikroskopie s atomárním rozlišením a chemicky citlivé spektroskopie, kombinovaných s technikami elektrochemické charakterizace. Výzkum je prováděn v úzké spolupráci s výzkumnými skupinami v Německu, Japonsku a USA. Výzkumné pobyty v partnerských laboratořích jsou součástí doktorského studia.

Seznam odborné literatury

[1] B. D. James and A. B. Spisak, “Mass Production Cost Estimation for Direct H2 PEM Fuel Cell Systems for Automotive Applications: 2012 Update,” 2012.
[2] V. Matolín, “Method for preparing oxidation catalyst and catalyst prepared by the oxidation,” US patent, No. US 8435921 B2, 2013; Japanese patent, No. 5214032, 2013; Korean patent, No 10-1331108, 2013; Chinese patent, No. CN 102186588, 2013, Euro-Asian patent, No. 019445 B1, 2014; Indian patent, No. 266215, 2015.
[3] R. Fiala, et al., “Proton exchange membrane fuel cell made of magnetron sputtered Pt–CeOx and Pt–Co thin film catalysts,” J. Power Sources, 273, 105, 2015, doi:10.1016/j.jpowsour.2014.08.093.
[4] A. Bruix, et al.,“Maximum noble-metal efficiency in catalytic materials: atomically dispersed surface platinum.,” Angew. Chem. Int. Ed., 53, 10525, 2014, doi:10.1002/anie.201402342.
[5] F. Dvořák, et al., “Creating single-atom Pt-ceria catalysts by surface step decoration,” Nat. Commun., 7, 10801, 2016, doi:10.1038/ncomms10801.
[6] Y. Lykhach, et al., “Reactivity of atomically dispersed Pt2+ species towards H2 : model Pt–CeO 2 fuel cell catalyst,” Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 7672, 2016, doi:10.1039/C6CP00627B.
[7] N. M. Markovic and P. N. J. Ross, “Surface science studies of model fuel cell electrocatalysts,” Surf. Sci. Rep., 45, 117, 2002, doi:10.1016/S0167-5729(01)00022-X.
[8] J. Greeley and N. M. Markovic, “The road from animal electricity to green energy: combining experiment and theory in electrocatalysis,” Energy Environ. Sci., 5, 9246, 2012, doi:10.1039/c2ee21754f.
[9] N. Jung, D. Y. Chung, J. Ryu, S. J. Yoo, and Y.-E. Sung, “Pt-based nanoarchitecture and catalyst design for fuel cell applications,” Nano Today, 9, 433, 2014, doi:10.1016/j.nantod.2014.06.006.
[10] “Surface Science laboratory in Prague, a partner facility of CERIC-ERIC Central European Research Infrastructure Consortium.” [Online]. Available: http://www.ceric-eric.eu/index.php?n=Users.Facilities.

Předběžná náplň práce

Praktické využití palivových článků s polymerním elektrolytem (polymer electrolyte membrane fuel cells - PEMFCs) je v současnosti limitováno vysokým obsahem platiny v katalyzátorech elektrodových reakcí [1]. Jednou z technologií, které umožňují snižovat obsah platiny v PEMFC, je příprava katalyzátorů fyzikálními metodami, patentovaná a ověřená v laboratoři řešitele [2], [3]. Klíčovým principem určujícím vysokou aktivitu katalyzátorů připravených fyzikálními metodami je vysoká disperze platiny až na úroveň jednotlivých Pt atomů, které tak všechny zůstávají v kontaktu s reaktanty [4].

Vysoká aktivita katalyzátorů připravených fyzikálními metodami je v současnosti intenzivně studována pro plynné reaktanty pomocí experimentálních technik fyziky povrchů, které pomáhají identifikovat její strukturní [5] a chemické [6] základy. Pro dokonalejší porozumění principu funkce a další optimalizaci katalyzátorů připravených fyzikálními metodami je žádoucí studovat jejich aktivitu přímo v elektrolytech. Cílem vypisované práce je příprava, charakterizace a studium modelových a reálných katalyzátorů pro palivové články pokročilými experimentálními metodami, které umožní korelovat informace o morfologii a elektronické struktuře katalyzátorů s informacemi o jejich elektrochemické aktivitě [7]–[9]. Poznatky získané během práce rozhodujícím způsobem přispějí k rozvoji porozumění principům aktivity katalyzátorů připravených fyzikálními metodami na úrovni základního výzkumu i k rozvoji jejich aplikací.

Práce bude probíhat v zavedené pracovní skupině, která má k dispozici široké spektrum experimentálních technik fyziky povrchů včetně mikroskopie s atomárním rozlišením a chemicky citlivé spektroskopie, kombinovaných s technikami elektrochemické charakterizace [10] . Výzkum je prováděn v úzké spolupráci s výzkumnými skupinami v Německu, Japonsku a USA. Výzkumné pobyty v partnerských laboratořích jsou součástí doktorského studia.

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=320

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=320