Napredni trendi v Ramanski spektroelektrokemiji pri raziskavah katalizatorjev

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 TiONx nosilec. Druga opcija za nosilec je TiONx, 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), izvedli bomo tudi DFT izračune. 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.