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

• Thesis title in Czech: Studium tenkovrstvých katalyzátorů pro reakci vzniku vodíku v elektrolyzéru vody s protonově vodivou membránou
• Thesis title in English: Study of thin-film catalysts for the hydrogen evolution reaction in a proton-exchange membrane water electrolyzer
• Key words: elektrolyzér vody s protonově vodivou membránou|reakce vzniku vodíku|katalyzátor s ultra-nízkým obsahem platiny|magnetronové naprašování|elektrochemická impedanční spektroskopie
• English key words: proton exchange membrane water electrolyzer|hydrogen evolution reaction|ultra-low-loading platinum catalyst|magnetron sputtering|electrochemical impedance spectroscopy
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Supervisor: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 24.10.2023
• Date of assignment: 30.11.2023
• Confirmed by Study dept. on: 30.11.2023
• Date and time of defence: 05.06.2025 09:00
• Date of electronic submission: 30.04.2025
• Date of proceeded defence: 05.06.2025
• Opponents: prof. Daniela Plachá, Ph.D.

Guidelines

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.

References

[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.

Preliminary scope of work

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.