Večnamenski elektrokatalizni kompozit je bil sintetiziran za uporabo kot generični katalitični material v reaktorjih tipa polimerne elektrolitne membrane (PEM), ki delujejo bodisi v gorivni celici, neposredni gorivni celici z metanolom ali v elektrolitski obliki. Izdelana je iz grafenskih plošč, enakomerno prekritih s TiONxom, na katerem so imobilizirani nanodelci PtCu, Ir in Ru. Omogoča visoke zmogljivosti za zmanjšanje kisika, oksidacijo vodika in metanola, pa tudi za nastanek vodika in kisika. Njegova aktivnost je večja ali primerljiva z monofunkcijskimi katalizatorji, in sicer nanodelci Pt, PtRu in Ir. Pomemben del te študije je napredna preiskava elektrokemične razgradnje. Z uporabo elektrokemične pretočne celice, ki je povezana z ICP-MS in združitvijo teh rezultatov z identično lokacijsko elektronsko mikroskopijo, razkrivamo ne le potencialne pomanjkljivosti, ampak tudi priložnosti za naš material. Kot rezultat smo podali tudi splošne smernice za ustrezno uporabo večnamenskih elektrokatalizatorjev.
COBISS.SI-ID: 40295429
S tekočinsko-celico presevno elektronsko mikroskopijo (LCTEM) lahko opazujemo kinetične procese, ki potekajo v nanomaterialih, ki so v solvatiziranem okolju. Vendar pa radioliza topila, ki jo poganja snop, ki je posledica visokoenergijskega elektronskega žarka mikroskopa, lahko močno vpliva na dinamiko sistema. Nedavne raziskave kažejo, da je mogoče z radikalno inducirano redoks kemijo uporabiti za raziskovanje različne redoks-dinamike za širok spekter funkcionalnih nanomaterialov. Glede na to je treba kvantitativno določiti medsebojno povezanost med tvorbo različnih visoko reaktivnih vrst radiolize in nanomaterialov v preiskavi, da bi oblikovali nove strategije raziskovanja nanomaterialov. Razvili smo celovit model radiolize z uporabo hitrosti odmerjanja elektronov, temperature topila, koncentracij nasičenosti plinov H2 in O2 ter vrednosti pH kot ključnih spremenljivk. Ti izboljšani kinetični modeli omogočajo simuliranje specifičnih redoks reakcij, ki jih povzročajo snovi. Kot v primeru modela Au, so kinetični modeli predstavljeni z uporabo diagramov temperature / dozirne hitrosti Redox (TDR), ki kažejo ravnotežna koncentracija [Au0] / [Au +] koncentracija, ki je neposredno povezana s temperaturno oz. območjem precipitacije ali raztapljanja nanodelcev Au, odvisno od hitrosti doze. Naš radiolizni in radikalno inducirani redoks model je bili uspešno preverjen z uporabo predhodno objavljenih podatkov iz poskusov z majhnimi odmerki z ? sevanjem in eksperimentalno s LCTEM, odvisnim od TDR. Predstavljena študija predstavlja celostni pristop k redoks kemiji v LCTEM-u, ki vključuje kompleksno kinetiko vrst radiolize in njihov vpliv na redoks kemijo preiskovanih materialov, ki jih tukaj predstavljajo Au nano delci.
COBISS.SI-ID: 32582439
Katalitske lastnosti naprednih funkcionalnih materialov so določene s površinsko in ob-površinsko atomsko zgradbo, sestavo, morfologijo, napakami, tlačnimi in nateznimi napetostmi itd. poznan tudi kot relacija med strukturo in aktivnostjo. Strukturne lastnosti katalizatorjev se dinamično spreminjajo, saj delujejo preko kompleksnih pojavov, odvisnih od reakcijskih pogojev. Ne spreminjajo se samo strukturne lastnosti, ampak še pomembneje, katalitične lastnosti nanodelcev. Dokončni sklepi o teh pojavih niso možni s analizo naključnih nanodelcev z neznano zgodovino atomske strukture. Z uporabo sodobnega elektrokatalizatorja iz zlitine PtCu kot modelnega sistema je predstavljen edinstven pristop, ki omogoča edinstven vpogled v morfološko dinamiko na atomskem nivoju, ki ga povzroča postopek izluževanja. Če opazimo detajlno strukturo in morfologijo istega nanodelca na različnih stopnjah elektrokemične obdelave, razkrijemo nove vpoglede v atomske procese, kot so spreminjanje velikost, ploskev, napetosti in razvoj poroznosti. Poleg tega na podlagi natančnih mikroskopskih slik na atomskem nivoju Kinetic Monte Carlo (KMC) simulacije zagotavljajo nadaljnje povratne informacije o fizikalnih parametrih, ki urejajo elektrokemično inducirano strukturno dinamiko. To delo uvaja edinstven pristop k opazovanju in razumevanju dinamičnih sprememb nanodelcev na atomski ravni in utira pot do razumevanja relacije med strukturo in stabilnostjo.
COBISS.SI-ID: 6623002
V zadnjih desetletjih se stalno iščejo prilagojeni nanodelci iz aktivnih kovin za uporabo kot elektrokatalizatorji. Prihajajoča vsestranska in zelena metoda za sintezo nanodelcev je elektrodepozicija. Vendar pa so najsodobnejše elektrodeponirane kovinske velikosti delcev v območju od 50 do 200 nm. Proizvodnja kovinskih elektrokatalizatorjev z veliko površino z majhnimi velikostmi delcev je resna omejitev elektrodepozicije, to je gordijski vozel. V tem članku predstavljamo nov in ugoden pristop s kombiniranjem elektrodepozicije z nadzorovano katodno korozijo, da dobimo prilagojene nanodelce vse do enega samega atoma. Z nadzorovano katodno obdelavo korozije se relativno veliki elektrodeponirani kovinski nanodelci (Ag, Pt, Pd, Ni, itd.) Učinkovito razgradijo in enakomerno razpršijo na površini ogljikove elektrode, brez odvajanja delcev. Isti elektrokemijski pojav se uporablja tudi za reaktivacijo elektrokatalizatorjev in situ, ki se imenuje ponovna disperzija, razkrojenih elektrokatalizatorjev. Nova koncepta odpirata nove možnosti in aplikacije za elektrodepozicijo kot metodo proizvodnje kovinskih nanodelcev in in-situ regeneracijske rešitve za reaktorje za elektrokemijsko pretvorbo energije, kot so gorivne celice in elektrolizatorji; kot stebra skorajšnjega prehoda na trajnostno energijo.
COBISS.SI-ID: 6306074
Delci na osnovi iridija, ki predstavljajo najbolj obetavne elektrokatalizatorje elektrolizatorjev protonske izmenjalne membrane, so bili raziskani s prenosno elektronsko mikroskopijo in s povezovanjem elektrokemijske pretočne celice z masno spektrometrijo z induktivno sklopljeno plazmo. Poleg tega so bile izvedene študije z uporabo tankoplastne elektrode na rotacijskem disku, identične lokacije in skenirne elektronske mikroskopije ter rentgenske absorpcijske spektroskopije. Izjemno občutljivi časovno in potencialno rezločeni profili elektrokemičnega raztapljana so pokazali, da se delci Ir raztopijo precej pod potenciali reakcije evolucije kisika (OER), domnevno povzročene z reakcijskimi oksidacije in redukcije Ir imenovane tudi prehodno raztapljanje. Na splošno so termično pripravljeni delci IrO2 rutilnega tipa bistveno bolj stabilni in manj aktivni v primerjavi s pripravljenimi kovinskimi in elektrokemično predhodno obdelanimi (E-Ir) analogami. Zanimivo je, da delci E-Ir v pogojih, ki so pomembni za OER, kažejo boljšo stabilnost in aktivnost zaradi spremenjenega korozijskega mehanizma, kjer je nastanek nestabilnih vrst Ir () IV) oviran. Zaradi večje in trajne učinkovitosti OER se elektrokemično pred-oksidirani delci E-Ir lahko štejejo za elektrokatalizatorja, ki je izbrana za izboljšano napravo za proizvodnjo elektrokemične naprave za pripravo vodika pri nizkih temperaturah, in sicer elektrolizator za izmenjavo protonske membrane. Iridium-based particles, regarded as the most promising proton exchange membrane electrolyzer electrocatalysts, were investigated by transmission electron microscopy and by coupling of an electrochemical flow cell (EFC) with online inductively coupled plasma mass spectrometry. Additionally, studies using a thin-film rotating disc electrode, identical location transmission and scanning electron microscopy, as well as X-ray absorption spectroscopy have been performed. Extremely sensitive online time-and potential-resolved electrochemical dissolution profiles revealed that Ir particles dissolve well below oxygen evolution reaction (OER) potentials, presumably induced by Ir surface oxidation and reduction processes, also referred to as transient dissolution. Overall, thermally prepared rutile-type IrO2 particles are substantially more stable and less active in comparison to as-prepared metallic and electrochemically pretreated (E-Ir) analogues. Interestingly, under OER-relevant conditions, E-Ir particles exhibit superior stability and activity owing to the altered corrosion mechanism, where the formation of unstable Ir()IV) species is hindered. Due to the enhanced and lasting OER performance, electrochemically pre-oxidized E-Ir particles may be considered as the electrocatalyst of choice for an improved low-temperature electrochemical hydrogen production device, namely a proton exchange membrane electrolyzer.
COBISS.SI-ID: 6203674