Synteza i charakterystyka anodowych wieloskładnikowych/gradientowych warstw WO3
do fotoelektrochemicznego wydzielania wodoru
Projekt NCN - SONATA 19
Czas realizacji: 2024-2027
Kierownik projektu: Karolina Syrek
Jednym z kluczowych wyzwań, które obecnie stoją przed ludzkością, jest zagwarantowanie dostępu do czystego i odnawialnego źródła energii. Szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem wydaje się być wykorzystanie wodoru jako paliwa o dużej gęstości energetycznej, przy jednoczesnym generowaniu nieszkodliwych produktów ubocznych podczas spalania. W chwili obecnej, wodór jest głównie produkowany z wykorzystaniem metod takich jak reforming gazu ziemnego, piece koksownicze, proces chloro-alkaliczny i inne. Alternatywą przyjazną dla środowiska jest produkcja wodoru z wody, z wykorzystaniem procesów fotokatalitycznych, elektrochemicznych lub fotoelektrochemicznych (ang. photoelectrochemical, PEC).
Kluczowym elementem w ogniwach PEC jest materiał, z którego wykonana jest fotoelektroda. Mimo wielu dotychczas przeprowadzonych badań nad nowymi materiałami do budowy fotoanod, których celem było zwiększenie wydajności konwersji energii słonecznej na wodór (ang. solar-to-hydrogen, STH), wciąż istnieje kilka wyzwań. Należą do nich problemy związane z absorpcją światła słonecznego, efektywnością separacji indukowanych światłem nośników ładunku oraz długoterminową stabilnością chemiczną. Jednym z możliwych sposobów rozwiązania tych kwestii jest precyzyjne zaprojektowanie fotoaktywnych, nanostrukturalnych elektrod. Rozwiązaniem zaproponowanym w ramach projektu jest otrzymanie warstw anodowego tlenku wolframu(VI) domieszkowanego metalami przejściowymi (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) ze ściśle określonym profilem domieszek. Taki dobór elektrody ma za zadanie usprawnić absorpcję światła słonecznego oraz poprawić separację ładunków, co będzie skutkowało wyższą wydajnością konwersji STH.
Celem niniejszego projektu jest opracowanie i optymalizacja elektrochemicznej metody wytwarzania fotoaktywnych jedno- i wieloskładnikowych warstw anodowego tlenku wolframu(VI) o gradientowym składzie do fotoelektrochemicznego otrzymywania wodoru. Na każdym etapie prowadzonych badań zostanie wykonana kompleksowa charakterystyka morfologii, składu, właściwości optycznych, spektroelektrochemicznych, elektrochemicznych, półprzewodnikowych i fotoelektrochemicznych nowo opracowanych materiałów elektrodowych.
Wykonawcy projektu
Krzysztof Cichoń
Ewa Nowak
Aplikacja o finansowanie niniejszego projektu była wsparta przez program Inicjatywa Doskonałości - Uniwersytet Jagielloński w ramach konkursu Laboratoria Młodych (Young Labs).