Modelové elektrokatalyzátory kov-oxid pro konverze energie
| Název práce v češtině: | Modelové elektrokatalyzátory kov-oxid pro konverze energie |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Model metal-oxide electrocatalysts for energy conversion |
| Akademický rok vypsání: | 2019/2020 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| 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: | 17.07.2019 |
| Datum zadání: | 17.07.2019 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 02.10.2019 |
| Konzultanti: | doc. RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| Katalyzované elektrochemické procesy mají potenciál stát se klíčovou složkou budoucích technologií pro využití obnovitelných zdrojů v energetice a chemické produkci [1]. Elektrokatalyzátory vyvíjené pro tyto účely představují složité nanostrukturované systémy, u kterých je aktivita, selektivita a stabilita určena morfologií na atomární úrovni. Pro porozumění elementárních fyzikálně-chemických procesů na povrchu elektrokatalyzátorů se rozvíjejí tzv. modelové přístupy, kdy jsou elektrokatalytické procesy studovány na monokrystalických vzorcích s atomárně definovanou povrchovou morfologií [2]. Modelové elektrokatalyzátory jsou v současnosti studovány převážně ve formě kovů či bimetalických kovových systémů.
Navrhovaná práce se zabývá rozvojem modelové elektrokatalýzy systémů kov-oxid [3]. Atomárně definované modelové systémy kov-oxid je obtížné připravovat čistě elektrochemickými postupy. Příprava takovýchto systémů je naopak do hloubky rozpracována ve fyzice povrchů, kde jsou pro přípravu modelových katalyzátorů používány fyzikální metody [4]. Kombinace fyzikálních a elektrochemických postupů v modelových studiích představuje originální rys navrhované práce, který umožní získat jedinečné informace o vztahu mezi morfologií a reaktivitou katalyzátorů v elektrochemických reakcích. Práce cílí na získání originálních výsledků jak v přípravě prakticky použitelných modelových katalyzátorů kov-oxid, tak na porozumění reaktivity těchto katalyzátorů v elektrooxidaci energeticky relevantních molekul s důrazem na molekuly obsahující vazby C-C. Práce bude probíhat v laboratořích skupiny fyziky povrchů KFPP MFF UK a navazovat na úspěšnou řadu studií vztahů mezi morfologií a reaktivitou heterogenních katalyzátorů [5]–[8]. Práce bude probíhat v úzké spolupráci s předními zahraničními laboratořemi v oborech heterogenní katalýzy, elektrokatalýzy a teoretické fyzikální chemie. Předpokládané znalosti: Dokončené VŠ studium fyziky nebo chemie (fyzika/chemie pevných látek výhodou) |
| Seznam odborné literatury |
| [1] V. R. Stamenkovic, D. Strmcnik, P. P. Lopes, and N. M. Markovic, “Energy and fuels from electrochemical interfaces,” Nat. Mater., vol. 16, p. 57, 2017, doi:10.1038/nmat4738.
[2] N. M. Markovic and P. N. J. Ross, “Surface science studies of model fuel cell electrocatalysts,” Surf. Sci. Reports, vol. 45, p. 117, 2002, doi:10.1016/S0167-5729(01)00022-X. [3] F. Faisal, et al., “Electrifying model catalysts for understanding electrocatalytic reactions in liquid electrolytes,” Nat. Mater., vol. 17, p. 592, 2018, doi:10.1038/s41563-018-0088-3. [4] H. Kuhlenbeck, S. Shaikhutdinov, and H. Freund, “Well-ordered transition metal oxide layers in model catalysis - a series of case studies,” Chem. Rev., vol. 113, p. 3986, 2013, doi:10.1021/cr300312n. [5] M. Happel, et al., “Adsorption sites, metal-support interactions, and oxygen spillover identified by vibrational spectroscopy of adsorbed CO: A model study on Pt/ceria catalysts,” J. Catal., vol. 289, p. 118, 2012, doi:10.1016/j.jcat.2012.01.022. [6] Y. Lykhach, et al., “Water Chemistry on Model Ceria and Pt/Ceria Catalysts,” J. Phys. Chem. C, vol. 116, p. 12103, 2012, doi:10.1021/jp302229x. [7] F. Dvořák, et al., “Creating single-atom Pt-ceria catalysts by surface step decoration,” Nat. Commun., vol. 7, p. 10801, 2016, doi:10.1038/ncomms10801. [8] F. Dvořák, et al., “Bulk Hydroxylation and Effective Water Splitting by Highly Reduced Cerium Oxide: The Role of O Vacancy Coordination,” ACS Catal., vol. 8, p. 4354, 2018, doi:10.1021/acscatal.7b04409. a další aktuální časopisecká literatura v oboru. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Catalyzed electrochemical reactions represent a potential key ingredient of future technologies exploiting renewable sources in chemical production and energy harvesting [1]. The employed electrocatalysts are complex nanostructured systems with activity, selectivity and stability determined by morphology at the atomic level. For understanding elementary physicochemical processes on the surface of the electrocatalysts so called model approaches are developed studying electrocatalytic processes on single-crystalline samples with atomically defined surface morphology [2]. Model electrocatalysts in the focus of current research are predominantly metallic or bimetallic systems.
The proposed Thesis will deal with development of model catalysis of metal-oxide electrocatalysts [3]. Atomically defined model metal-oxide systems are difficult to prepare using purely electrochemical approaches. On the other hand, preparation of such systems is routinely achieved using physical methods within surface science approach [4]. The combination of surface science and electrochemistry approaches represents an original feature of the proposed Thesis allowing to obtain unique information on the relations between the morphology and reactivity of metal-oxide electrocatalysts. The Thesis is aiming at achieving original results in the design of practical metal-oxide model electrocatalysts as well as understanding the reactivity of these electrocatalysts in electrooxidation of energetically relevant molecules, especially molecules containing C-C bond. The work will be performed in the laboratories of the surface physics group at the Department of Surface and Plasma Science, MFF UK and will be based upon successful studies of the relationships between the morphology and reactivity of heterogeneous catalysts [5]–[8]. The work will be performed in a close cooperation with leading international laboratories in the fields of heterogeneous catalysis, electrocatalysis and computational physical chemistry. Prerequisites: MSc in physics or chemistry, preferentially solid state |