Odseki

ARRS Temeljni projekti

Eden od največjih izzivov sodobne družbe je prehod na čiste vire energije, ki niso osnovani na fosilnih gorivih. To lahko dosežemo s komercializacijo elektrolizerja vode s protonsko izmenjevalno membrano (proton exchange membrane water electrolyzer- PEMWE) in gorivne celice s polimerno elektrolitsko membrano (polymer electrolyte membrane fuel cell - PEMFC). Prvi transformira presežno energijo iz obnovljivih virov v vodik in kisik, drugi pa ju pozneje rekombinira nazaj v vodo in proizvede elektriko. Reakciji redukcije kisika (oxygen reduction (ORR) in PEMFC) in nastajanja kisika (oxygen evolution (OER) in PEMWE) se dogajata na katalizatorjih iz plemenitih kovin; a potrebne so nadaljnje študije zaradi počasne kinetike in velikih prenapetosti reakcij. Medtem ko so nosilci na osnovi ogljikovih materialov ustrezni za ORR reakcije, pa še vedno niso razviti dovolj stabilni nosilci za kislo okolje in visoke temperature OER reakcije. S tem namenom delamo na razvoju nanodelcev Ir kot katalizatorjev, ki jih nanesemo na TiON_x nosilec. Druga opcija za nosilec je TiON_x, ki ga nanesemo na reduciran grafen oksid (rGO), za katerega je značilna velika specifična površina. Visoko ceno in pomanjkanje plemenitih kovin pa morda lahko presežemo z razvojem plastovitih dvojnih hidroksidov (PDH), ki so primerni za delovanje v alkalnem okolju.

V okviru tega projektnega predloga bomo izvedli obsežno raziskavo z Ramansko spektroskopijo. Pogledali bomo v strukturne karakteristike katalizatorjev in nosilnih materialov, ki jih raziskujemo v Laboratoriju za elektrokatalizo, KI, in na Katedri za anorgansko kemijo, FKKT, Univerza v Ljubljani. Najprej bomo določili pogoje merjenja Ramanskih spektrov. Nato bomo študije razširili na aktivirana in degradirana stanja, ki jih bomo najprej raziskovali z ex situ pristopom, nato pa ga razširili še na in situ Ramanske spektroelektrokemijske študije. Pričakujemo, da bomo dobili pomembne informacije o strukturnih spremembah, ki se dogodijo zaradi korozije nosilcev. Pričakujemo tudi vpogled v oksidacijo nanodelcev katalizatorja (na primer, Ir v IrO₂). Trakove bomo sistematično modelirali (fitting). Rezultate bomo podprli z elementnimi (EDS, XPS, EELS), mikroskopskimi (SEM, TEM) in termičnimi analizami.

Nadalje bomo razvili še Ramanski spektroelektrokemijski pristop za raziskave možnosti uporabe zelenega recikliranja plemenitih kovin (Au, …) v ionskih tekočinah (ILs). Ionske tekočine lahko uporabimo večkrat, kot medij za elektrokemijsko raztapljanje in re-depozicijo. Prepričani smo, da bomo tem elektrokemijskim procesom lahko sledili in situ z uporabo Ramanske spektroskopije.

Projekt financira ARRS v okviru cenovne kategorije C za obdobje treh let v obsegu 2187 letnimi urami za obdobje 3 let. Pričetek financiranja je 1. 10. 2022.

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini sodelujejo:

Na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerza v Ljubljani, v projektni skupini sodelujejo:

Romana Cerc Korošec; SICRIS št. 16256

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/9333

Urška Lavrenčič Štangar; SICRIS št. 11873

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/7521

Praveen Kumar; SICRIS št. 53187

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/49606

Cilj tega projekta je, da se vzpostavi protokole in preveri možnosti za Ramanske meritve različnih materialov, ki jih trenutno raziskujemo v obeh laboratorijih, in z njimi podpreti druge znanstvene merilne tehnike:

A) nanodelci katalizatorjev na nosilcih (Ir na TiON_x, …)

B) materiali na osnovi reduciranega grafen oksida (rGO)

C) plastoviti dvojni hidroksidi (PDH)

D) recikliranje plemenitih kovin v ionskih tekočinah (ILs)

(i) Prvo nalogo predstavljajo preliminarne študije (DS0, DS1, DS2), da poiščemo, katere vzorce lahko preiskujemo z Ramansko spektroskopijo in na katerih nosilcih (TiON_x, CB, rGO, …). Določili bomo pogoje meritev (valovna dolžina laserja in moč, stabilnost vzorcev pod laserjem, …).

(ii) V drugem koraku (DS2, DS3, DS4) bomo najbolj obetavne vzorce študirali z uporabo spektroelektrokemijskih pristopov (ex situ, in situ). Ex situ merjenje, t.j., detekcija Ramanskih spektrov neposredno po elektrokemijskem ciklanju, lahko da pomembne informacije o eventualni oksidaciji Ir nanodelcev (A) ali spremembah G in D trakov rGO (B). In situ eksperimente lahko izvedemo na screen-printed Au elektrodah, kar je obetavno predvsem za raziskave recikliranja Au v ionskih tekočinah ILs (D). Za študije katalizatorjev na osnovi Ir ravno tako obstajajo screen-printed Ir elektrode kot opcija (A). Vendar obstaja možnost, da bo potrebno izdelati custom-made in situ spektroelektrokemijsko celico ali kupiti komercialno trielektrodno pretočno celico. 

SEZNAM DELOVNIH SKLOPOV

DS0       Upravljanje in desiminacija

DS1       Materials preparation and Raman measurement conditions

DS2       Dodatne tehnike za podporo Ramanskim meritvam

DS3       Ex situ spektroelektrokemija

DS4       In situ spektroelektrokemija

PAVKO, Luka, GATALO, Matija, ĐUKIĆ, Tina, RUIZ-ZEPEDA, Francisco, SURCA, Angelja Kjara, ŠALA, Martin, MASELJ, Nik, JOVANOVIČ, Primož, BELE, Marjan, FINŠGAR, Matjaž, GENORIO, Boštjan, HODNIK, Nejc, GABERŠČEK, Miran. Correlating oxygen functionalities and electrochemical durability of carbon supports for electrocatalysts. Carbon. [Print ed.]. Nov. 2023, vol. 215, [article no.] 118458, str. 1-11, ilustr. ISSN 0008-6223

BELE, Marjan, KODERMAN PODBORŠEK, Gorazd, LOGAR, Anja, JOVANOVIČ, Primož, HRNJIĆ, Armin, MARINKO, Živa, KOVAČ, Janez, SURCA, Angelja Kjara, KAMŠEK, Ana Rebeka, DRAŽIĆ, Goran, HODNIK, Nejc, SUHADOLNIK, Luka. “Nano Lab” advanced characterization platform for studying electrocatalytic iridium nanoparticles dispersed on TiO_xN_y  supports prepared on Ti transmission electron microscopy grids. ACS applied nano materials. Jun. 23, 2023, vol. 6, iss. 12, str. 10421–10430, ilustr. ISSN 2574-0970

PAVKO, Luka, GATALO, Matija, FINŠGAR, Matjaž, RUIZ-ZEPEDA, Francisco, EHELEBE, Konrad, KAISER, Pascal, GEUSS, Moritz, ĐUKIĆ, Tina, SURCA, Angelja Kjara, ŠALA, Martin, BELE, Marjan, CHEREVKO, Serhiy, GENORIO, Boštjan, HODNIK, Nejc, GABERŠČEK, Miran. Graphene-derived carbon support boosts proton exchange membrane fuel cell catalyst stability. ACS catalysis. 2022, vol. 12, iss. 15, str. 9540–9548, ilustr. ISSN 2155-5435

KODERMAN PODBORŠEK, Gorazd, SUHADOLNIK, Luka, LOGAR, Anja, BELE, Marjan, HRNJIĆ, Armin, MARINKO, Živa, KOVAČ, Janez, KOKALJ, Anton, GAŠPARIČ, Lea, SURCA, Angelja Kjara, KAMŠEK, Ana Rebeka, DRAŽIĆ, Goran, GABERŠČEK, Miran, HODNIK, Nejc, JOVANOVIČ, Primož. Iridium stabilizes ceramic titanium oxynitride support for oxygen evolution reaction. ACS catalysis. Nov. 28, 2022, vol. 12, iss. 24, str. 15135–15145, ilustr. ISSN 2155-5435

KODERMAN PODBORŠEK, Gorazd, ZUPANČIČ, Špela, KAUFMAN, Rok, SURCA, Angelja Kjara, MARSEL, Aleš, PAVLIŠIČ, Andraž, HODNIK, Nejc, DRAŽIĆ, Goran, BELE, Marjan. Microstructure and electrical conductivity of electrospun titanium oxynitride carbon composite nanofibers. Nanomaterials. [Online ed.]. 24 Jun. 2022, vol. 12, no. 13, str. 1-17, ilustr. ISSN 2079-4991

POPOVIC, Stefan, NAZRULLA, Mohammed Azeezulla, ŠKET, Primož, MOHAIDEEN, Kamal Khaja, LIKOZAR, Blaž, SUHADOLNIK, Luka, PAVKO, Luka, SURCA, Angelja Kjara, BELE, Marjan, HODNIK, Nejc. Electrochemically-grown chloride-free Cu₂O nanocubes favorably electroreduce CO₂ to methane : the interplay of appropriate electrochemical protocol. Electrochimica acta. 20 Dec. 2022, vol. 436, str. 1-9, ilustr. ISSN 1873-3859

PRAVEEN Kumar, RAMANPREET Kaur, SHILPI Verma, SEEMA Singh, URŠKA Lavrenčič Štangar, Tuning the catalytic active sites of TiO2/CeO2 interactions to improve oxygen vacancy and lattice parameters for CO2 conversion to green fuel additive, Catalysis Today   xxx   (2024) 114652