Odseki

Naslov:

Sinteza in karakterizacija strukturno urejenih večkovinskih nanodelcev zlitin na osnovi Cu in Ir kot elektrokatalizatorjev

Synthesis and characterization of structurally ordered polymetallic Cu- and Ir-based alloy nanoparticles as electrocatalysts

Vodja projekta:

dr. Matija Gatalo

1. Vsebinski opis projekta:

Cilj projekta J2-60043 je razvoj novih elektrokatalizatorjev na osnovi strukturno urejenih (intermetalnih) Cu-Ir zlitin za uporabo v elektrokemijski redukciji CO₂ (ERC) in obratnih reakcijah. Projekt se osredotoča na enega ključnih izzivov sodobne znanosti o materialih in elektrokatalizi: kako sintetizirati nanodelce z natančno določeno sestavo in atomskim razporedom, ki ostajajo stabilni, selektivni in učinkoviti tudi pri dolgotrajni uporabi.

Raziskovalna skupina bo razvila več pristopov sinteze, vključno s pulznim zgorevalnim reaktorjem, galvanskim premikanjem ter koloidno kemijo kot skalabilno metodo za pripravo večkovinskih zlitin. Osrednji poudarek bo na Cu- in Ir-sistemih, ki bodo dopirani ali dekorirani z različnimi kovinami (npr. Au, Ag, Ga, Ni, Co, Sn, Hf …) z namenom povečanja učinkovitosti ter prilagoditve selektivnosti katalizatorjev. Cilj je povečanje aktivnosti Ir-katalizatorjev za faktor 10 ter doseganje nad 30 % faradične učinkovitosti pri selektivni produkciji etanola v ERC.

Napredna karakterizacija nanomaterialov bo potekala z uporabo in-situ in identične lokacije transmisijske elektronske mikroskopije (IL-TEM), s poudarkom na analizi površinskih sprememb, antifažnih mej in degradacijskih mehanizmov. Poleg tega bo razvito računalniško orodje za avtomatsko analizo velike količine mikroskopskih podatkov.

Projekt bo pomembno prispeval k razumevanju razmerij med strukturo in funkcijo elektrokatalizatorjev in imel potencialne vplive tudi na druga področja, kot so heterogena kataliza, senzorika, magnetizem in nanoelektronika.

Sodelujoče organizacije:

Kemijski inštitut
Institut 'Jožef Stefan'

a. Osnovni podatki glede financiranja:

Projekt financira ARIS v okviru cenovne kategorije C za obdobje 3 let v obsegu 1950 letnimi urami (1,15 FTE). Pričetek financiranja je 1. 10. 2023.

b. Sestava projektne skupine s povezavami na SICRIS:

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini sodelujejo:
- dr. Matija Gatalo; SICRIS št. 44146; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/44146
- dr. Marjan Bele; SICRIS št. 7382; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/7382
- dr. Milena Martins; SICRIS št. 18426; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/18426
- dr. Francisco Ruiz Zepeda; SICRIS št. 43609; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/43609
- dr. Angelja Kjara Surca; SICRIS št. 8327; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/8327

Na Institutu 'Jožef Stefan' v projektni skupini sodelujejo:
- Lara Einfalt; SICRIS št. 55552; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/55552
- Nik Gračanin; SICRIS št. 54027; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/54027
- dr. Matejka Podlogar; SICRIS št. 20557; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/20557
- prof. dr. Sašo Šturm; SICRIS št. 11105; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/11105
- prof. dr. Kristina Žagar Soderžnik; SICRIS št. 21335; https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/21335

2. Faze projekta in njihova realizacija:

Projekt J2-60043 je razdeljen na tri vsebinske faze (delovne sklope), ki si sledijo logično in časovno usklajeno, z jasnimi cilji in nalogami: 

1. faza: Razvoj metodologije sinteze in priprava modelnih materialov (Meseci 1–12) V tej fazi bomo razvili in optimizirali sintezne protokole za pripravo intermetalnih in večkovinskih nanodelcev z nadzorovano sestavo, velikostjo in morfologijo. Uporabljeni bodo različni pristopi: pulzni zgorevalni reaktor, galvansko premikanje in koloidna kemija. Najprej bodo pripravljeni Pt- in Cu- ter Ir-osnovani binarni materiali, ki bodo služili kot referenčni sistem. 

2. faza: Strukturna karakterizacija in analiza funkcionalnih lastnosti (Meseci 12–24) S pomočjo naprednih karakterizacijskih tehnik, kot so transmisijska elektronska mikroskopija (vključno z in-situ IL-TEM), rentgenska difrakcija (XRD), spektroskopija (EDS, EELS) in programska analiza slik, bomo določili kristalno strukturo, kemijsko sestavo ter porazdelitev kovin na nano- in atomski ravni. Poseben poudarek bo na preučevanju antifažnih mej in lokalnih deformacij kot dejavnikov katalitske aktivnosti. 

3. faza: Elektrokemijska testiranja in analiza stabilnosti katalizatorjev (Meseci 24–36) V zadnji fazi bo izvedeno poglobljeno testiranje katalitskih lastnosti v reakcijah OER in ERC. Merila bodo aktivnost, selektivnost, stabilnost ter prestrukturiranje nanodelcev med delovanjem. Cilj je razviti Cu- in Ir-osnovane katalizatorje, ki bodo selektivni (npr. za etanol ali etilen pri ERC) in stabilni (npr. do 480 ur pri OER). V tej fazi bomo povezali strukturne značilnosti z elektrokemijsko funkcionalnostjo.