Bimetalické katalyzátory na bázi Pt pro palivové články s polymerní membránou připravené magnetronovým naprašováním

Vodíkové palivové články s polymerní membránou (PEMFCs) patří mezi nejslibnější zdroje čisté energie. Nicméně katodový katalyzátor zůstává slabým místem PEMFCs, což brání jejich komercializaci hlavně kvůli pomalé kinetice reakce redukce kyslíku (ORR) a vysoké ceně platiny, která zůstává jediným stabilním katalyzátorem splňujícím požadavky na katalýzu pro ORR. Bimetalické slitiny na bázi platiny jsou v posledních letech zkoumány jako platná alternativa k čisté platině, protože zvyšují nákladovou efektivitu katalyzátoru. Nicméně, bimetalické slitiny se vyznačují sníženou stabilitou.

V rámci této diplomové práce budou bimetalické katalyzátory různého složení připravovány metodou magnetronového naprašování. Morfologie a chemické složení připravených vzorků budou charakterizovány pomocí elektronové mikroskopie (SEM), fotoelektronové spektroskopie rentgenovského záření (XPS) a energiově disperzní spektroskopie RTG záření (EDS). Měření aktivity bude probíhat jak přímo v palivovém článku, tak i v elektrochemické cele, kde budou provozní podmínky palivového článku simulovány. Katalytická vrstva bude pak zkoumána po elektrochemické simulaci.
Cílem práce bude sledovat souvislosti mezi složením, aktivitou a stabilitou katalyzátorů.

Zásady pro vypracování

1) Studium doporučené literatury a seznámení se s principy diagnostických metod používaných v laboratoři
2) Seznámení se s metodou přípravy tenkých vrstev a jednotlivými zařízeními, které budou využívány v rámci této práce (SEM, EDX, XPS, EC-cela, stanice s palivovým článkem)
3) Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním
4) Studium morfologie, složení a aktivity připravených katalytických vrstev před a po elektrochemické simulaci podmínek palivového článku v elektrochemické cele.
5) Studium katalytických vrstev v palivovém článku.
6) Zpracování experimentálních dat a sepsání diplomové práce

Literatura

1) Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, Wiley (2003), ISBN: 978-0-471-49926-8 ISBN: 978-0-471-49926-8
2) Greeley, J. et al. Alloys of platinum and early transition metals as oxygen reduction electrocatalysts. Nat. Chem., 1, 552–556 (2009).
3) Escudero-Escribano M. et al. Recent advances in bimetallic electrocatalysts for oxygen reduction: design principles, structure-function relations and active phase elucidation. Curr. Opin. Electrochem., 8, 135-146 (2018)