Pokročilé hybridní nanostruktury pro aplikaci v obnovitelných zdrojích energie

Operační program Výzkum, vývoj a vzdělávání

Registrační číslo projektu: CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_003/0000416
Project director: Prof. Dr. Radek Zbořil, Ph.D.
Doba trvání: 2018–2022

Výzkumný projekt je zaměřen na vývoj pokročilých hybridních nanostrukturních materiálů pro produkci vodíku fotoelektrochemickým štěpením vody. Vodík je považován za energetický zdroj budoucnosti šetrný k životnímu prostředí. Vědci zapojení do projektu budou v příštích sedmi letech vyvíjet nové hybridní nanomateriály na bázi oxidů kovů, jež budou schopny s využitím slunečního záření rozkládat vodu na kyslík a vodík. Na projekt je poskytována finanční podpora z EU.

Cíl projektu:

Cílem projektu je vybudovat excelentní vědecký tým s prvotřídní výzkumnou infrastrukturou a upevnit spolupracující síť světově prestižních vědeckých center v oblasti nanotechnologií. Vedoucím nového týmu bude profesor Patrik Schmuki, recipient ERC grantu, jenž má bohatou zkušenost v oblasti elektrochemie, fotoelektrochemie a nanomateriálů.

Konkrétní cíle projektu:

  • Vývoj nové třídy multikomponentních hybridních systémů složených z centrálního polovodiče (CS), zejména TiO2, alfa-Fe2O3, ZnO a WO3, s řízeným tvarem a dimenzionalitou (1D-nanotrubky, 2D-tenké filmy). Klíčový přínos je vnímám v simultánní a synergické kombinaci několika strategií (nanostrukturování, depozice ko-katalyzátoru, povrchová sensitiizace), obvykle vyvíjených samostatně. Nanostrukturní CS bude kombinován s hetero-partnerem se specifickou funkcionalitou (rozšířená absorpce světla, významná účinnost v přenosu náboje, zvýšená mobilita nosičů). Efektivní interakce jednotlivých komponent povede ke zvýšení PEC účinnosti kompozitního systému.
  • Plánovaný výzkum je rozdělen do 5 kroků:
  • Syntéza vysoce kvalitního CS ve formě 1D nanotrubek a 2D nanofilmů. Samoorganizující elektrochemická anodizace bude použita k tvorbě 1D nanostruktur, jejichž vlastnosti lze snadno řídit experimentálními parametry (elektrolytický roztok, pH, napětí, čas). Naprašování kovů je navrženo pro tvorbu filmů z kovů a slitin, které lze následně použít buď pro přípravu tenkých filmů či jako substrátů pro elektrochemické nanostrukturování.
  • Optimalizace separace fotogenerovaných e-/h+ a zlepšení dynamiky děrové reakce tvorbou vnitřních hybridních přechodů. To bude dosaženo společným naprašováním oxidů kovů s různými pásovými mezerami (TiO2/Fe2TiO5, Fe2O3/Fe2TiO5) nano-krystalizací a nano-gradientním inženýrstvím a selektivním pokrytím povrchů vhodným ko-katalyzátorem.
  • Rozšíření absorpce světa do viditelné oblasti prostřednictvím povrchové sensitizace CS (TiO2, WO3, ZnO) uhlíkovými tečkami, plasmonickými nanočásticemi kovů, anorganickými a organickými senzitizátory (MoS2 a Ru/Fe barviva).
  • Zlepšení kinetik reakcí HER a OER ukotvením různých pokročilých ko-katalyzátorů (grafen modifikovaný Ni/Pt, samouspořádané Pt/Ru nanočástice, Co/Ru kovové organické sítě, MOF).
  • Rozšíření přípravy nejslibnějších hybridních nanostrukturních materiálů.

www.msmt.cz/strukturalni-fondy-1/op-vvv

www.esfcr.cz