REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

S polno paro drvimo proti podnebni katastrofi, časa imamo le še do 2030 za ukrepanje v izogib najbolj uničujočim in nepredstavljivim posledicam. Manjko politične in korporacijske volje spremeniti trenutno stanje “običajnega poslovanja” povzroča množične proteste in civilno nepokorščino po vsem svetu. Bogata elita se zanaša na znanost, da najde “tehnološki čudež”, ki bo omogočil nadaljevanje nenehno naraščajočih dobičkov in hkrati zagotovil ogljično nevtralnost svetovne ekonomije. Vodikova ekonomija bi lahko bila del nabora rešitev. Vodni elektrolizerji pretvorijo vodo v vodik z elektriko in gorivne celice pretvorijo vodik v vodo, da nastane elektrika. Vodik se tako lahko uporablja kot nosilec energije namesto fosilnih goriv. Znanstveno področje počasne reakcije evolucije kisika (REK) potrebuje inovacije, zato da elektroliza vode na osnovi elektrokatalizatorjev postane ekonomsko uresničljiva. Cena, stabilnost in aktivnost elektrokatalizatorjev morajo biti izboljšane. To je možno doseči z uporabo stabilne in električno prevodne keramične podloge za Ir elektrokatalizatorje nano velikosti, npr. s titanovim oksinitridom (TiON).
Glavni parameter, ki določa lastnosti TiON, je razmerje N/O. Z metodami za določanje razmerja N/O, ki so na razpolago, se lahko na novo sintetizirane vzorce TiON materiala ovrednoti in primerja z drugimi podobnimi vzorci. Različne analitične metode, kot so vrstična presevna elektronska mikroskopija (VTEM) z energijsko disperzijsko rentgensko spektroskopijo (EDRS), vrstična elektronska mikroskopija (VEM) EDRS, spektroskopija izgube energije elektronov (SIEE), rentgenska fotoelektronska spektroskopija (RFS) in termogravimetrična analiza (TGA) s CHNS elementno analizo, so bile ovrednotene za določanje razmerja N/O.
Eksperimentalna platforma NanoLab je bila razvita za pridobivanje razumevanja učinkov sestave in strukture katalizatorjev na njihovo stabilnost in aktivnost. Uporaba izvirnih metod, kot so presevna elektronska mikroskopija (TEM) identične lokacije, anodna oksidacija TEM mrežic in elektrokemijska analiza na osnovi predelane ploveče elektrode, so bile združene za omogočanje pospešenega razvoja elektrokatalizatorjev. NanoLab olajša opazovanje lokalne površine, morfologije, sestave in strukture elektrokatalizatorja in omogoča sledenje z atomsko ločljivostjo in poglobljeno razumevanje v vsakem koraku sinteze in elektrokemijske obdelave. NanoLab je bil uporabljen za raziskovanje stabilnosti TiON-Ir podloga – elektrokatalizator sistema. Skupaj z izračuni teorije gostotnega funkcionala je bilo pokazano, da Ir nanodelci in Ir posamezni atomi stabilizirajo TiON podlogo, kar zmanjša oksidacijo med REK. NanoLab je bil uporabljen tudi skupaj z interno razvitimi algoritmi za razumevanje strukturne pretvorbe Ir nanodelcev na TiON podlogi. Obdelane slike z atomsko ločljivostjo so razkrile veliko degradacijskih procesov, naraščanje hrapavosti površine je bilo ugotovljeno kot prevladujoče. Zmanjšano nagnjenje k oksidaciji Ir nanodelcev na TiON podlogi je bilo tudi potrjeno.
Dodatno je bila posameznim ogljikovim TiON nanokompozitnim nanovlaknom in tkaninam, sintetiziranim z elektropredenjem in nitridacijo, izmerjena električna prevodnost. Električna prevodnost je bila boljša kot pri podobnih amorfnih ogljikovih vlaknih, kar jih naredi dobre kandidate za podlogo za elektrokatalizatorje. Dodatne analitske metode so bile uporabljene za določitev morfologije, kristalne strukture, kemijske sestave in razmerja N/O, iz katerih je bila lahko ocenjena električna prevodnost in primerjana z eksperimentalnimi rezultati.