Odseki

ARRS Temeljni projekti

Fosilna goriva še vedno igrajo vodilno vlogo v svetovnem energetskem sistemu. Z naraščajočo potrebo po energiji in povečevanjem antropogenega podnebnega spreminjanja obstaja nujna potreba po zmanjšanju porabe energije ter povečanju uporabe obnovljivih virov. S tem bodo zmanjšane tudi emisije CO2 in drugih toplogrednih plinov, povezanih z izgorevanjem fosilnih goriv. Kemijska industrija se odziva na izziv z raziskovanjem različnih strategij, med katerimi so optimizacija procesov, integracija obnovljivih virov in recikliranje materialov. V tem scenariju je uporaba katalizatorjev ključnega pomena, saj povečujejo izkoristek kemijskih reakcij in zmanjšujejo zahteve po energiji. Zato je razvoj novih katalizatorjev z izboljšano aktivnostjo za uveljavljene procese, pa tudi za nove reakcije, ki so usmerjene v proizvodnjo materialov, kemičnih surovin in gnojil, izjemno pomemben.

Mnoge kemijske preobrazbe zahtevajo več kot en katalitski center za učinkovit potek reakcije. Zaradi tega multimetalni nanodelci (MMNP) pritegujejo vse več zanimanja kot katalizatorji za širok spekter reakcij, vključno z elektrokemijsko redukcijo kisika, reformacijo ogljikovodikov in elektrokemijsko redukcijo CO2. Ti študiji so pokazali, da so sestava, prostorska razporeditev sestavnih kovin, velikost in oblika vsi pomembni parametri za dosego optimalne katalitske učinkovitosti. S tem ko zagotavljamo več aktivnih centrov reakcije, ki delujejo v sinergiji preko večfunkcijskega mehanizma, lahko premagamo odnos skaliranja adsorpcijske energije (Sabatierjevo načelo ali "vulkanska krivulja" - ko se katalizator bolj trdno veže na eno adsorbato, se ponavadi bolj trdno veže tudi na podobne adsorbate), ki omejujejo učinkovitost monometalnih katalizatorjev. Vendar pa je sinteza MMNP še vedno težavna in daleč od racionalnega pristopa.

Napredek v tehnologiji sinteze in karakterizacije materialov bo predstavljen v obliki katalitskih nanodelcev z nadzorovano sestavo, strukturo in velikostjo. Uporabili bomo sintezno orodje za kemično sintezo vodne faze, ki ga je razvil naš laboratorij, in ga nadgradili z in-situ karakterizacijo z napredno mikroskopijo. S tem bomo zagotovili natančno spremljanje morfoloških in kemičnih sprememb v realnem času in bomo lahko spremljali tvorbo in rast nanodelcev med sintezo, hkrati pa bomo dobili vpogled v katalitske procese. Sledilo bo temeljito preučevanje katalitske aktivnosti MMNP-jev z uporabo različnih tehnik elektrokemične karakterizacije, kot so elektrokemijska impedančna spektroskopija in ciklična voltametrija, ki bodo omogočile natančno spremljanje kinetike in mehanizma elektrokemijskih reakcij CO2RR.

Rezultati tega projekta bodo pomembni za razvoj novih katalitskih materialov, ki bodo pomagali zmanjšati izpuste toplogrednih plinov in pospešili prehod k bolj trajnostni družbi. Poleg tega bodo rezultati tega projekta vplivali na številna področja, ki jih lahko izboljšamo z uporabo MMNP-jev, kot so plazmonika, nanoelektronika in zbiranje energije.

Projekt financira ARRS v okviru cenovne kategorije B za obdobje treh let v obsegu 2828 letnimi urami za obdobje 3 let. Pričetek financiranja je 1. 4. 2021.

Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Sestava projektne skupine:

Sodelujoče organizacije:

• Institute of Chemical Sciences and Engineering (ISIC) of the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) - Group of Prof. Raffaella Buonsanti https://www.epfl.ch/labs/lnce/

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini sodelujejo:

Nejc Hodnik; SICRIS št. 30470

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/33135

Andraž Pavlišič; SICRIS št. 34528

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/39143

Marjan Bele; SICRIS št. 11517

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/7382

Primož Jovanovič; SICRIS št. 35375

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/40393

Francisco Ruiz Zepeda; SICRIS št. 37779

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/43609

Gregor Kapun, SICRIS št. 27920

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/20657

dr. Marta Klanjšek Gunde, SICRIS št. 04423

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/5131

Mitja Kostelec, SICRIS št. 57241

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/54226

1) Sinteza:

Cilj: sintetizirati in določiti pravila za oblikovanje koloidnih Cu-osnovanih MMNP-jev s še nevidenim atomskim nivojem nadzora nad sestavo in morfologijo.

2) Elektrokatalitska redukcija CO2:

Cilj: vzpostaviti struktura / lastnost odnos za MMNP, ki so bili sintetizirani v WP-1 v zvezi z njihovo aktivnostjo, selektivnostjo in stabilnostjo glede na CO2RR.

3) Spremembe med sintezo in katalizo:

Cilj: z uporabo elektronske mikroskopije spremljati morfološke in sestavske spremembe med sintezo in elektrokatalizo.

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951725000259?via%3Dihub#ak005
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468624013343?via%3Dihub
3. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ta/d4ta06466f
4. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14952
5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319924055502?via%3Dihub#ack0010
6. https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.202401474
7. https://www.nature.com/articles/s41467-024-47524-w
8. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c03883
9. https://www.mdpi.com/2079-6412/14/8/1026
10. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468624004420?via%3Dihub
11. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aesr.202300116
12. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468519423004627?via%3Dihub
13. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468623010575?via%3Dihub
14. https://pub.iapchem.org/ojs/index.php/JESE/article/view/1643
15. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842023000767?via%3Dihub
16. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.202201467
17. https://www.frontiersin.org/journals/chemistry/articles/10.3389/fchem.2023.1304063/full
18. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ra/d2ra07142h
19. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c00125
20. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468622016152?via%3Dihub
21. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cc/d2cc05377b
22. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03214
23. https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.202200586
24. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468622009598?via%3Dihub
25. https://https://www.mdpi.com/2079-4991/12/13/2177