témavezető: Pap József Sándor
helyszín (magyar oldal): Magyar Tudományos Akadémia helyszín rövidítés: MTA
A kutatási téma leírása:
Az elmúlt években a mesterséges fotoszintézis, mint fogalom megérdemelten kap egyre nagyobb figyelmet, mivel potenciális alternatívának tekinthető a környezetbarát energia előállításában, tárolásában, legyen az a szén-dioxid elektrokémiai redukciója, vagy katalitikus vízbontás. Mindkettő megvalósításához elengedhetetlen a vízoxidációs félreakció hatásfokának a növelése. A legaktívabb katalizátorok savas közegben az irídium- es ruténium-oxidok, míg bázikus pH-n a nikkel-vas réteges kettős hidroxidok (LDH-k). A katalitikus aktivitás növelésére egy új, elektrokatalitikus folyamatokban eddig nem vizsgált réz-vas- tartalmú LDH előállítását javasoljuk. A réz és vegyületeinek elektrokatalikus aktivitása vízoxidációs folyamatokban ismert, oxigén redukciós reakcióban pedig a nikkelnél kedvezőbb tulajdonságokkal bír, ezért vassal alkotott vegyülete várhatóan maga is katalitikusan aktív lesz. A katalizátorok előállítása mellett, vagy azzal együtt azok hordozón történő rögzítése is célunk. A katalizátorok szerkezeti jellemzésével szeretnénk bővebb információt kapni azokról a jellemzőkről, amelyek az LDH-k elektrokatalikus aktivitására hatással vannak. Az oxigén redukciós reakcióban (ORR) a réz oxigénnel és hidroxiddal alkotott kötési energiája a reakció lejátszódása szempontjából sokkal kedvezőbb, mint a nikkel esetében. Kérdés, hogy ez hogyan befolyásolja a Cu-Fe-LDH elektrokatalitikus aktivitását a vízoxidációs reakcióban? A Ni-Fe-LDH esetében a katalitikus aktivitás az enyhén torzult oktaéderes szerkezetnek köszönhető, amelyben az aktív szpeciesz a vas. A réz esetében is enyhe torzulást várhatunk a szerkezetben, azonban eredményezhet-e ez katalitikus aktivitást? Vajon csak a torzult szerkezet felel a katalitikus aktivitásért?
A réteges kettős hidroxidok (LDH-k) hatékony vízoxidációs katalizátorok, azonban semlegeshez közeli pH-n való alkalmazásuk kevésbe jelentős. A kutatás egyik alapkérdése, hogy vajon előállítható-e olyan LDH-t tartalmazó szerves-szervetlen nanokompozit, amely semlegeshez közeli pH-n is jelentős foto-elektrokatalitikus aktivitást mutat? Az LDH-k fotokatalitikusan aktívak, de a látható fényt már kevésbé nyelik el. Ennek a megoldására a katalizátorok fényérzékenyítését javasoljuk. Fényérzékeny vegyületek interkalálása LDH-ba a szakirodalomban egy ismert eljárás, azonban a vendég molekulák hatását az elektrokatalitikus folyamatokra eddig nem vizsgálták. A fényérzékeny vegyületek segítségével az LDH-k fényelnyelése a látható fény tartományába eltolható, ami kedvezően befolyásolhatja az aktivitást. A LDH-k fényérzékeny vegyületekkel alkotott kompozit-vegyületei ismertek, előállításuk egyszerű. Az előállított fényérzekényített vegyületetek spektrális tulajdonságai additívak, azonban a katalitikus folyamat szempontjából kérdéses a hatásuk. Egyes szerves vegyülettípusok az LDH felületéről leszoríthatják a felülethez gyengén kötött vizet, amelynek szerepe a folyamatban nem ismert. Mivel a teljes reakció mechanizmus nem ismert, ezért bármit is tapasztalunk, az sokban segít megérteni az elektrokatalitikus folyamatot.
Bejelentkezés
