Eco-Friendly Surface Modification of Electrode Materials in Deep Eutectic Solvents: An Innovative Strategy for Enhancing Photo- and Electrocatalysts for the Hydrogen Evolution Reaction

Výzva	Štipendiá pre excelentných výskumníkov a výskumníčky R2-R4
Hlavný riešiteľ	Anna Kityk
Prijímateľ	Centrum pre využitie pokročilých materiálov Slovenskej akadémie vied, verejná výskumná inštitúcia
Celkový rozpočet	219 514,80 €
Príspevok poskytovateľa	219 514,80 €
Zdroj financovania	Plán obnovy a odolnosti
Začiatok realizácie	september 2024
Koniec realizácie	august 2026
Kategória výskumníka	R3
Vedná oblasť	Fyzikálne, technické vedy a matematika

Anotácia

Projekt s názvom “Ekologická povrchová úprava materiálov elektród v hlboko eutektických rozpúšťadlách: Inovatívna stratégia na zlepšenie foto- a elektrokatalyzátorov pre reakciu vývoja vodíka”, je zameraný na progres vo vývoji účinných foto- a elektrokatalyzátorov pre reakciu na tvorbu vodíka (HER). Tento výskum sa zameriava na riešenie kinetiky a mechanizmov elektrolytickej depozície, elektrooxidácie a bezprúdovej depozície foto- a elektroaktívnych vrstiev na nízkonákladové substráty s použitím ekologických elektrolytov (hlboko eutektické rozpúšťadlá – DESs) pri izbovej teplote. Konečným cieľom je vyrábať vysokovýkonné katódové materiály pre ekologickú výrobu „zeleného“ vodíka. Projekt rieši kritickú potrebu udržateľnej výroby vodíka prostredníctvom elektrolýzy s využitím obnoviteľných zdrojov energie. Zatiaľ čo HER je už dobre pochopená, hľadanie nákladovo efektívnych, bežne dostupných a stabilných elektródových materiálov s porovnateľnou, alebo vyššou katalytickou aktivitou ako ušľachtilé kovy je stále nevyhnutné. Obmedzenie použitia ušľachtilých kovov je ich cena, dostupnosť, trvanlivosť a náchylnosť na znižovanie účinnosti katalyzátora. Tento výskumný projekt sa zameriava na tri hlavné ciele: 1. Skúmanie procesov elektrooxidácie titánu a jeho zliatin v DESs s cieľom vytvoriť vysoko organizované nanoštruktúrované vrstvy oxidu titaničitého s vynikajúcou fotokatalytickou aktivitou pre HER. 2. Štúdium elektrochemickej depozície niklu, kobaltu, zliatin Ni-Co a ich kompozitov na substráty neušľachtilých kovov a vodivé materiály na báze uhlíka s cieľom vytvoriť účinné elektrokatalytické a fotoelektrokatalytické povlaky pre HER. 3. Charakterizácia bezprúdovej depozície elektrokatalyzátorov na báze kobaltu, niklu, zliatin Ni-Co a kovov zo skupiny platiny na rôzne substráty na získanie vysoko účinných elektrokatalyzátorov pre HER. Každý cieľ zahŕňa určenie kinetických parametrov, ako sú rýchlostné konštanty, aktivačné energie a pochopenie základných mechanizmov. Katalytická aktivita novo vyvinutých elektródových materiálov bude stanovená vyhodnotením parametrov ako je nadmerný potenciál vývoja vodíka a hustota výmenného prúdu v rôznych vodných roztokoch. V projekte sa používajú hlboko eutektické rozpúšťadlá známe svojimi atraktívnymi fyzikálno-chemickými vlastnosťami, stabilitou a biologickou odbúrateľnosťou, čo zaisťuje ekologický prístup. Metodologicky sa v projekte používajú pokročilé techniky vrátane elektrochemických metód, spektrálne analýzy (SEM, AFM, TEM, FTIR, Ramanova spektroskopia, EDS, XRD a XPS) a chemické analýzy (AAS, ICP, XRF) na komplexné skúmanie a charakterizáciu elektródových materiálov a povlakov. Štatistické metódy pomôžu pri analýze a interpretácii nameraných dát. Výskumný tím využíva multi- a interdisciplinárne prístupy, princípy otvorenej vedy, FAIR prístup k údajom a rodovú rovnosť vo výskume s cieľom zabezpečiť robustný vedecký pokrok založený na spolupráci. Medzi očakávané výsledky projektu patrí vývoj teórií popisujúcich dizajn a vlastnosti inovatívnych foto- a elektrokatalyzátorov, vytvorenie rôznorodého a súdržného výskumného tímu, rozšírenie výskumných možností a zvýšená viditeľnosť pre mladých vedcov. V konečnom dôsledku tento projekt prispieva k rozvoju udržateľnej výroby vodíka a podporuje záväzok EÚ a SK k ekologickému vodíkovému hospodárstvu.