Opis projektu
Innowacje ujawniają skorelowaną aktywność i właściwości pojedynczych nanocząsteczek
Badanie cząsteczek, których wielkość mierzona jest w skali kilkuset atomów – czyli tak zwanych nanocząsteczek – nie jest łatwym zadaniem. Tymczasem scharakteryzowanie aktywności poszczególnych nanocząsteczek i skorelowanie jej z ich właściwościami jest kluczowe dla projektowania nanocząsteczek dla określonych zastosowań. Jednym z nich jest zastosowanie nanocząsteczek na bazie metali przejściowych do elektrokatalizy zamiast konwencjonalnych katalizatorów na bazie metali rzadkich. W ramach finansowanego przez UE projektu MITICAT opracowywana jest technika obserwacji aktywności pojedynczych nanocząsteczek, działających jako katalizatory powolnej, ale kluczowej reakcji w konwersji energii odnawialnej. Zdolność do pomiaru wewnętrznej aktywności i właściwości fizycznych poszczególnych nanocząsteczek in situ może doprowadzić do zmiany w dziedzinie elektrokatalizy i przyczynić się do przejścia na odnawialne źródła energii.
Cel
Transition metal based nanoparticles (NPs) are envisioned as viable alternatives to the scarce precious metal based catalysts used today for renewable energy conversion. Yet, probing their intrinsic activity to establish property-activity relations and so to smartly design superior catalysts, is impeded by two limitations of existing electrocatalytic techniques. First, the integral assessment of ensembles of non-identical NPs prohibits the identification of intrinsic activity differences. Second, the unknown effects of additives required analyzing the activity of often poorly conductive transition metal oxides, e.g. during the oxygen evolution reaction (OER), prohibit the access to quantitative data and comparable benchmarks. Very recently, we have proposed single NP electrochemistry to overcome both limitations. We demonstrated that the electrocatalytic OER response of individual CoFe2O4 NPs can be assessed in the absence of additives. However, we have not been able to extract property-activity relations, as NP characterization was limited to ex situ data. The groundbreaking strategy of this work is to combine intrinsic activity and physical property measurements of individual NPs. Physical characterization will comprise different online and ex situ methods to gain comprehensive property information. Numerical simulations will allow us to extract quantitative kinetic data from the electrochemical studies, allowing us to provide quantitative benchmarks of intrinsic catalyst performance. Cycling of NPs in a microfluidic platform will enable degradation studies and systematic modification “on the fly”. Moving towards application conditions, catalyst-support interactions will be studied by stepwise immobilization of catalysts on substrates. As a result of revealing intrinsic property-activity relations in electrocatalysis and of elucidating catalyst-support interactions, we will gain the understanding urgently needed to disruptively change electrocatalyst devolopment.
Dziedzina nauki
- natural scienceschemical scienceselectrochemistry
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryinorganic compounds
- natural scienceschemical sciencescatalysiselectrocatalysis
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsenergy conversion
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
44801 Bochum
Niemcy