Finanțat de Uniunea Europeană – PNRR
Componenta 9 Suport pentru sectorul privat, cercetare, dezvoltare și inovare
Investiția 8 „Dezvoltarea unui program pentru atragerea resurselor umane înalt specializate din străinătate în activități de cercetare, dezvoltare și inovare”
PNRR/2022/C9/MCID/I8
 
Titlul proiectului: „Novel Graphene/metal composites as advanced catalytic systems in the hydrogen based energetics” (Compozite inovative de tip grafena/metal, cu rol de sisteme catalitice avansate în energia bazată pe hidrogen)
 
Beneficiar: Universitatea Națională de Știință și Tehnologie POLITEHNICA București
 

REZULTATE ȘTIINȚIFICE

Proiectul a urmărit dezvoltarea unor noi sisteme catalitice aplicabile proceselor electrochimice din sistemele energetice, respectiv producției electrochimice a hidrogenului și pilelor de combustie cu electrolit polimeric. Un element practic esențial a fost înlocuirea totală sau parțială a metalelor nobile costisitoare cu alternative mai accesibile. Noile sisteme catalitice au la bază metale tranziționale atașate unor matrici carbonice, precum oxidul de grafenă redus (rGO). Au fost analizate Ni, Co, Cu, combinații ale acestora, precum și combinații cu Pd și Pt în cantități sub 3%.

Noutatea conceptului și a strategiei propuse o reprezintă structura unică și morfologia sistemelor catalitice propuse. Protocoalele de sinteză, simple și eficiente, au fost optimizate și aplicate pentru fabricarea unei game largi de specii metalice pe suprafața rGO.

Implementarea proiectului a contribuit, de asemenea, la dezvoltarea cunoașterii în acest domeniu la UPB-CSSNT.

Ca rezultat al activităților experimentale efectuate, proiectul a dezvoltat:

  • Procedura de sinteză și caracterizarea oxidului de grafenă (GO), precursor al compozitelor de tip M/rGO și M1M2/rGO (M, M1, M2 reprezintă specii ale metalelor tranziționale).
Etapele fluxului de sinteză a GO
Etapele fluxului de sinteză a GO
Micrografii STEM ale GO utilizând simultan trei tehnici: SEM (stânga), contrast de număr atomic – ZC (mijloc) și TEM (dreapta), în aceeași locație pe probă.
Micrografii STEM ale GO utilizând simultan trei tehnici: SEM (stânga), contrast de număr atomic – ZC (mijloc) și TEM (dreapta), în aceeași locație pe probă.
  • Protocoale de sinteză a compușilor de tip M/GO (M = Co, Pd, Cu, Pt, Au) și M1M2/GO (M1 = Co, Cu; M2 = Pd, Pt), care ulterior, prin procese de reducere, conduc la obținerea compozitelor M/rGO, respectiv M1M2/rGO.
  • Protocoale de sinteză și caracterizare fizico-chimică și electrochimică a compozitelor de tip M/rGO și M1M2/rGO.
Micrografii STEM ale compozitului Co/rGO, înregistrate cu detectori SE – electroni secundari (stânga), ZC – contrast de fază (mijloc) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
Micrografii STEM ale compozitului Co/rGO, înregistrate cu detectori SE – electroni secundari (stânga), ZC – contrast de fază (mijloc) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
Micrografii STEM ale compozitului Co-Pd/rGO, înregistrate cu detectori ZC – contrast de fază (stânga) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
Micrografii STEM ale compozitului Co-Pd/rGO, înregistrate cu detectori ZC – contrast de fază (stânga) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
  • Protocoale de sinteză și caracterizare fizico-chimică și electrochimică a compozitelor care folosesc ca substrat negrul de fum („carbon black”, CB), de tip Co-Pt/CB și Cu-Pt/CB.
Micrografii STEM ale compozitului Cu-Pt/CB, înregistrate cu detectori SE – electroni secundari (stânga), ZC – contrast de fază (mijloc) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
Micrografii STEM ale compozitului Cu-Pt/CB, înregistrate cu detectori SE – electroni secundari (stânga), ZC – contrast de fază (mijloc) și TE – electroni de transmisie (dreapta), pentru aceeași locație pe probă.
Curbe de polarizare liniară catodică comparative pentru reacția de descărcare a hidrogenului în 0,5 M H₂SO₄, pentru electrozi modificați cu CB/Cu-Pt și C_Pt10 (produs comercial), la 10 mV/s.
Curbe de polarizare liniară catodică comparative pentru reacția de descărcare a hidrogenului în 0,5 M H₂SO₄, pentru electrozi modificați cu CB/Cu-Pt și C_Pt10 (produs comercial), la 10 mV/s.
  • Protocoale de sinteză pentru obținerea compozitelor hibride bimetalice de tip RGO/M1M2, în care M1M2 reprezintă nanoparticule binare (M1 = Co, Cu; M2 = Pt), caracterizarea acestora și evaluarea influenței temperaturii tratamentului termic asupra morfologiei și activității electrochimice. Tratamentele termice la 700–900 °C facilitează un efect electrocatalitic mai eficient.
Curbe de polarizare catodică în regim potențiodinamic, în 0,5 M H₂SO₄, pentru compozite RGO/Cu-Pt (Cu:Pt = 1:1 în soluție), supuse unor regimuri diferite de tratament termic (10 mV/s, 25 °C).
Curbe de polarizare catodică în regim potențiodinamic, în 0,5 M H₂SO₄, pentru compozite RGO/Cu-Pt (Cu:Pt = 1:1 în soluție), supuse unor regimuri diferite de tratament termic (10 mV/s, 25 °C).
Imagine fotografică a compozitelor optimizate RGO/Cu-Pt, sub formă de suspensie aplicabilă pe electrodul de lucru.
Imagine fotografică a compozitelor optimizate RGO/Cu-Pt, sub formă de suspensie aplicabilă pe electrodul de lucru.
  • Optimizarea protocoalelor de depunere a catalizatorilor sintetizați (cantitate, secvență, metodă) pe stratul difuziv de gaz (GDL) al MEA, pentru aplicații în pile de combustie PEM.
  • Model experimental de electrolizor la scară de laborator pentru producerea hidrogenului, utilizând electrocatalizatorii sintetizați ca material catodic. Au fost utilizați electrozi poroși din Ni, obținuți prin electrodepunere pe substrat metalic de Cu, pe care au fost depuse suspensiile de electrocatalizatori pentru formarea catodului.
  • Model experimental de pilă de combustie PEM, cu ansamblul membrană-electrod (MEA) construit folosind electrocatalizatorii sintetizați și selectați pe baza experimentelor cu electrodul disc rotitor (RDE).
Performanța electrocatalitică pentru reacția ORR
Performanța electrocatalitică pentru reacția de reducere a oxigenului (ORR), prin voltamograme catodice comparative la 1500 rpm și 10 mV/s, în soluție de 0,1 M KOH saturată cu O₂.
Performanța catalizatorului CuPt/rGO în prototipul de pilă PEM
Performanța catalizatorului CuPt/rGO (Cu:Pt = 1:3) în prototipul de pilă de combustie PEM: curba tensiune–densitate de curent și curba densitate de putere–densitate de curent.
PNRR. Finanțat de Uniunea Europeană – UrmătoareaGenerațieUE

https://mfe.gov.ro/pnrr/; https://www.facebook.com/PNRROficial
Conținutul acestui material nu reprezintă în mod obligatoriu poziția oficială a Uniunii Europene sau a Guvernului României.