Study of thin-film catalysts for the hydrogen evolution reaction in a proton-exchange membrane water electrolyzer

• Název práce v češtině: Studium tenkovrstvých katalyzátorů pro reakci vzniku vodíku v elektrolyzéru vody s protonově vodivou membránou
• Název v anglickém jazyce: Study of thin-film catalysts for the hydrogen evolution reaction in a proton-exchange membrane water electrolyzer
• Klíčová slova: elektrolyzér vody s protonově vodivou membránou|reakce vzniku vodíku|katalyzátor s ultra-nízkým obsahem platiny|magnetronové naprašování|elektrochemická impedanční spektroskopie
• Klíčová slova anglicky: proton exchange membrane water electrolyzer|hydrogen evolution reaction|ultra-low-loading platinum catalyst|magnetron sputtering|electrochemical impedance spectroscopy
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 24.10.2023
• Datum zadání: 30.11.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 30.11.2023
• Datum a čas obhajoby: 05.06.2025 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 30.04.2025
• Datum proběhlé obhajoby: 05.06.2025
• Oponenti: prof. Daniela Plachá, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1) Bibliografická rešerše.
2) Příprava série nanostrukturovaných tenkovrstvých katodových katalyzátorů pro PEMWE.
3) Realizace komplexní fyzikálně-chemické analýzy připravených katalyzátorů.
4) Sestavení membránově-elektrodových uspořádání a změření jejich účinnosti v elektrochemické cele elektrolyzéru vody.
5) Vyhodnocení výsledků a sepsání diplomové práce.

Seznam odborné literatury

[1] D. G. Bessarabov, P. Millet, PEM water electrolysis. Volume 1, Elsevier, 978-0-12-811145-1 (2018)
[2] J. Liang, Q. Liu, T. Li, Y. Luo, S. Lu, X. Shi, F. Zhang, A.M. Asiri, X. Sun, Magnetron sputtering enabled sustainable synthesis of nanomaterials for energy electrocatalysis, Green Chemistry. 23 (2021) 2834–2867. https://doi.org/10.1039/D0GC03994B.
[3] G. Zhao, K. Rui, S.X. Dou, W. Sun, Heterostructures for Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction: A Review, Adv Funct Mater. 28 (2018). https://doi.org/10.1002/adfm.201803291.

Předběžná náplň práce

Elektrolyzér vody s protonově vodivou membránou (PEMWE) [1] je klíčovým zařízením vodíkového hospodářství, které ve spojení s obnovitelnými zdroji umožňuje bezemisní výrobu vysoce čistého vodíku. V současné době se na obou elektrodách PEMWE využívá katalyzátorů na báze vzácných kovů. Pro urychlení širší komercializace je nutné řádově snížit jejich množství. Tato diplomová práce si klade za cíl prozkoumat možnosti využití magnetronového naprašování [2] pro depozici tenkovrstvých katalyzátorů pro reakci vzniku vodíku [3] probíhající na katodě PEMWE. Cílem bude připravit, komplexně fyzikálně-chemicky analyzovat a elektrochemicky otestovat sérii nanostrukturovaných tenkých vrstev, kde bude část Pt nahrazena levnější alternativou.