IHTM PLAVI
Naučna ustanova

Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju

172060 Nov pristup dizajniranju materijala za konverziju i skladištenje energije

Ministarstvo prosvete, nauke i tehniloškog razvoja Republike Srbije

Vrsta projekta:

Osnovna istraživanja

Trajanje projekta

2011. Godina - 2014. godina

Koordinator projekta:

IHTM – Centar za elektrohemiju, Univerzitet u Beogradu

Realizatori projekta:

  • IHTM – Centar za elektrohemiju, Univerzitet u Beogradu;
  • Hemijski fakultet, Univerzitet u Beogradu;
  • Tehnički fakultet u Boru, Univerzitet u Beogradu.

Rukovodilac projekta:

Dr Amalija Tripković, naučni savetnik, IHTM – Centar za elektrohemiju

Broj istraživača:

16

Tema i cilj projekta:

Istraživanja na projektu su bazirana na novom pristupu dizajniranju materijala za primenu u uređajima za direktnu konverziju hemijske I sunčeve energije u električnu (gorivi spregovi I solarne ćelije) i za skladištenje energije (superkondenzatori I Li-jon baterije).

Projekat se sastoji iz 3 podprojekta:

  1. Uticaj morfologije površine ne katalitičku aktivnost
  2. Sinteza i karakterizacija nanokatalizatora
  3. Sinteza i karakterizacija materijala za skladištenje energije

Prva dva podprojekta obuhvataju dizajniranje materijala za konverziju hemijske u električnu energiju u gorivim spregovima, bazirano na korelaciji između makroskopske aktivnosti i nano strukture materijala. Katalitička aktivnost I stabilnost ovih materijala ispitivaće se u reakcijama u korivom spregu H2(CO)/O2 kao i u oksidacijama metanola i mravlje kiseline. Ispituju se model sistemi (monokristali Pt i monokristalne bimetalne legure) sa ciljem određivanja, karakterizacije I stabilizacije aktivnih mesta za određenu reakciju. Koriste se teorijske DFT kalkulacije za uspostavljanje korelacije između aktivnosti i površinske morfologije. Korelacija između krestalografske strukture nanočestica i monokristala omogućava dizajniranje efikasnih i stabilnih nanokatalizatora. Sintetizovaće se i neplatinski katalizatori na bazi oksida prelaznih metala i njihovih legur

Treći podprojekat obuhvata istraživanja višekomponentnih elektrodnih I superkondenzatorskih sitnozrnih materijala na bazi oksida plemenitih i prelaznih metala i/ili ugljeničnih materijala, njihovo dobijanje sol-gel postipkom, hemijsko-strukturnu i elektrohemijsku karakterizaciju. Ovi kompozitni materijali nogu naći primenu i u procesima elektrohemijske sinteze, razgradnje zagađivača životne sredine I zaštite od korozije. Istraživanja su usmerena u dva pravca:
a) Ispitivanje kompozitnih materijala na bazi oksida metala i/ili ugljeničnih materijala za skladištenje energije;
b) Ispitivanje fotokatalitičke aktivnostu oksida titana I bakra.
Za karakterizaciju ovih materijala koriste se elektrohemijske, spektoskopske I mikroskopske metode.

Najznačajniji rezultati:

  • Na osnovu predloženih istraživanja očekuju se sledeći rezultati:
  • Detekcija i karakterizacija morfoloških elemenata na model sistemima (površinska ostrva nano dimenzija, stepenice, terase, klasteri);
  • Određivanje morfoloških elemenata koji su aktivna mesta za ispitivane reakcije;
  • Sinteza i stabilizacija aktivnih mesta u cilju dobijanja efikasnih katalizatora;
  • Pokazaće se kako legirajući metali utiču na promenu elektronske strukture Pt u leguri u odnosu na čist metal, kao i na stepen segregacije metala u leguri;
  • Pokazaće se kakav efekat ove promene imaju na aktivnost i stabilnost katalizatora u reakciji;
  • Odrediće se najbolji legirajući metal za određenu reakciju;
  • Sintetizovaće se nanokatalizatori koji po karakteristikama odgovaraju Pt-skin strukturi;
  • Sintetizovaće se neplatinski katalizatori;
  • Biće razvijen i optimizovan postupak sinteze više vrsta kompozitnih materijala velike kapacitivnosti (ugljenični i/ili oksidni materijala impregnisani različitim oksidima metala);
  • Izvršiće se fizičko-hemijska i strukturne karakterizacija dobijenih kompozita, biće određene njihove kapacitivne karakteristike i optimizovaće se postupci dobijanja kompozita;
  • Izradiće se laboratorijski prototip superkondenzatora čije će naponsko-strujne karakteristike biti testirane i u hibridnom sistemu sa gorivim spregom;
  • Biće razvijen postupak sinteze oksida metala od značaja za Li-jon baterije i izvršena fundamentalna elektrohemijska karakterizacija hibridnog sprega i Li-jon baterije i superkondenzatora;

Odrediće se uticaj uslova sol-gel i elektrohemijske sinteze oksida Ti i Cu na njihova fotokatalitička svojstva, u cilju dobijanja visokoaktivnih materijala za fotonaponske ćelije i oksidaciju organskih molekula.

Najznačajnije publikacije:

  1. B. Genorio, R. Subbaraman, D. Strmcnik, D. Tripković, V. R. Stamenković, N. M. Marković, “Tailoring the selectivity and stabilisty of chemically modified platinum nanocatalysts to design highly durable anodes for PEM fuel cells” Angewandte Chemie, 50 (24) (2011) 5468-5472.
  2. R. Subbaraman, D. Tripković, D. Strmcnik, K.-C. Chang, M. Uchimura, A. P. Paulikas, V. Stamenković, N. M. Marković, “Enhancing Hydrogen Evolution Activity in Water Splitting by Tailoring Li+-Ni(OH)2-Pt Interfaces”, Science, 334 (6060), 1256-1260.
  3. T.R. Vidaković-Koch, V.V. Panić, M. Andrić, M.T. Petkovska, K. Sundmacher, “Nonlinear Frequency Response Analysis of the Ferrocyanide Oxidation Kinetics. Part I. A Theoretical Analysis”, J.Phys.Chem. C, 115 (35) (2011) 17341-17351.
  4. V.V. Panić, T.R. Vidaković-Koch, M. Andrić, M.T. Petkovska, K. Sundmacher, “Nonlinear Frequency Response Analysis of the Ferrocyanide Oxidation Kinetics. Part II. Measurement Routine and Experimental Validation J.Phys.Chem. C, 115 (35) (2011) 17352-17358.
  5. V. Tripković, M. E. Bjorketun, E. Skulason, J. Rossmeisl, “Standard hydrogen electrode and potential of zero charge in density functional calculations”, Phys. Rev. B, 84 (2011) 115452-115452-11.
  6. J. D. Lović, K. Đ. Popović, A. V. Tripković, “Impact of modification of carbon supported Pt based catalysts by irreversibly adsorbed Sn, Ru and Rh on ethanol oxidation”, J. Serb. Chem. Soc., 76 (11)(2011) 1523-1536.
  7. S.I. Stevanović, V.V. Panić, A.B. Dekanski, A.V. Tripković, V.M. Jovanović, “Relationships between structure and activity of carbon as a multifunctional support for electrocatalysts”, Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (26) (2012) 9475-9485.
  8. S. Stevanović, D. Tripković, J. Rogan, K.Đ. Popović, J.D. Lović, A. Tripković, V.M. Jovanović, “Microwave assisted polyol synthesis of carbon supported platinum based bimetallic catalysts for ethanol oxidation”, J. Solid State Electrochem., 16 (2012) 3147.
  9. B.B. Petković, S.I. Stevanović, M.V. Budimir, S.P. Sovilj, V.M. Jovanović, “Electrochemical Examination of Copper(II) Complexes with Octaazamacrocyclic Ligand and Heterocyclic Dithiocarbamate”, Electroanalysis, 24(7) (2012) 1605-1612
  10. J.D. Lović, M.D. Obradović, D.V. Tripković, K.Đ. Popović, V.M. Jovanović, S.Lj. Gojković, A V. Tripković, “High activity and stability of Pt2Bi catalyst in formic acid oxidation”, Electrocatalysis (2012) DOI 10.1007/s12678-012-0099-9.

Kontakt:

Dr Amalija Tripković, IHTM-Centar za elektrohemiju, 11000 Beograd, Njegoševa 12,
E-mail: amalija@tmf.bg.ac.rs