Kierownik projektu: mgr inż. Klaudia Maślana
Konkurs: PRELUDIUM 20
Przyznana kwota: 189 420 PLN
Wraz z rosnącym problemem środowiskowym i ryzykiem wyczerpywania się paliw
kopalnych istnieje pilna potrzeba wydajnego, czystego i zrównoważonego źródła energii, a
także nowej technologii związanej z konwersją i magazynowaniem energii. Jednym z
najbardziej obiecujących podejść do rozwiązania tego problemu może być elektrochemiczny
rozdział wody na wodór i tlen w celu wytworzenia energii. W wyniku zastosowania takiego
źródła energii nie powstają toksyczne gazy, a jedynie energia i para wodna. Reakcja
wydzielania wodoru (HER) i reakcja wydzielania tlenu (OER) to podstawowe reakcje tego
procesu. Jednak komercyjnie stosowane elektrokatalizatory oparte są na szlachetnych metalach,
o ograniczonych zasobach i drogich metalach (np. ruten, pallad czy iryd). Dlatego istnieje
potrzeba opracowania nowych elektrokatalizatorów na bazie metali nieszlachetnych, które będą
tańsze i będą miały lepsze właściwości elektrokatalityczne.
W ostatnich latach prowadzono intensywne prace nad znalezieniem bardziej
zrównoważonego materiału, który mógłby zastąpić komercyjne elektrokatalizatory. Wiele
wysiłku włożono w badanie związków metali przejściowych ze względu na ich łatwo
dostępność, niski koszt i dobrą przewodność elektryczną. Pomimo tego, że wykazują gorsze
parametry elektrochemiczne mogą one podleć różnym modyfikacjom strukturalnym i
chemicznym w celu wzmocnienia tych właściwości.
W ramach tego projektu podjęte zostaną zadania mające na celu przezwyciężenie wyżej
wymienionych problemów. Po pierwsze, celuloza jako niedrogi i zrównoważony materiał
zostanie wykorzystana do syntezy nanokryształów celulozy (CNC) i nanowłókien celulozy
(CNF) w celu wytworzenia platformy o dużej powierzchni właściwej i zwiększonej
kompatybilności elektrycznej do syntezy fosforku niklu (NiPx). NiPx jest doskonałym
kandydatem do wykorzystania jako wydajne elektrokatalizatory. Jednak pomimo jej zalet,
takich jak stabilność czy stosunkowo niska wartość nadpotencjału, który jest kluczowym
parametrem decydującym o zdolności do elektrokatalitycznego rozkładu wody na tlen i wodór,
konieczne jest przeprowadzenie szeregu modyfikacji poprawiających jej właściwości. W
związku z tym zostanie podjętych kilka podejść: (i) włączenie dodatkowego metalu
przejściowego (np. kobaltu, żelaza) w celu zwiększenia jego aktywności katalitycznej; (ii)
inżynieria strukturalna poprzez przygotowanie jednowymiarowych nanoprętów lub
dwuwymiarowych nanoarkuszy w celu poprawy zdolności przenoszenia ładunku; (iii)
przygotowanie porowatego NiPx w celu poprawy przenoszenia masy/ładunku; (iv) włączenie
anionów w celu zmniejszenia oporu przenoszenia ładunku; (v) odpowiednie przygotowanie
matrycy w celu zwiększenia przewodności i dyspersji katalizatorów, które osadziły ich
działanie. Wszystkie te modyfikacje pozwolą uzyskać wysoce aktywne katalizatory do
elektrochemicznej reakcji wydzielania wodoru i reakcji wydzielania tlenu. Zastosowanie
nanocelulozy jako platformy do syntezy wysokowydajnych elektrokatalizatorów oraz
opracowanie zaawansowanych struktur materiałów aktywnych wymaga jeszcze zbadania.
