Streszczenie wykładu

NANOSTRUKTURALNE UK ADY NIEORGANICZNE ZDOLNE DO
SZYBKIEGO TRANSPORTU, AKUMULACJI I INDUKOWANEGO
PRZENIESIENIA ADUNKU: BADANIA NA POGRANICZU ENERGETYKI
S ONECZNEJ I WODOROWEJ
Pawe J. Kulesza*
Wydzia Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Pasteura 1, 02 - 093 Warszawa
*e-mail: [email protected]
Wodór jest nie tylko najprostsz( cz(steczk( chemiczn(, ale i ekologicznym no)nikiem
energii. W ostatnich latach obserwuje si+ coraz wi+ksze zainteresowanie wykorzystaniem
wodoru jako paliwa w technologii niskotemperaturowych wodorowo-tlenowych ogniw
paliwowych. W tym kontek)cie rozwa,a si+ nanocz(stki takich metali szlachetnych jak
platyna, ruten czy pallad jako efektywne uk ady elektrokatalityczne wobec utleniania wodoru
(do protonu), a zw aszcza redukcji tlenu (do wody). Konieczne jest zastosowanie
odpowiednich no)ników (np. w postaci odpowiednich nanostruktur w+glowych) czy matryc
(np. tlenkowych) zdolnych nie tylko do stabilizowania ale i do specyficznego oddzia ywania z
rozdrobnionymi centrami metali szlachetnych. Z mechanistycznego punktu widzenia wa,ne
jest wyeliminowanie nadtlenku wodoru jako niepo,(danego produktu po)redniego oraz
przesuni+cie potencja u redukcji tlenu w stron+ warto)ci bardziej dodatnich czyli zbli,enie go
do warto)ci termodynamicznej. Z praktycznego punktu widzenia konieczne jest obni,enie
zawarto)ci metali szlachetnych w materia ach katalitycznych. Przyk adowo zaobserwowano
dzia anie aktywuj(ce (np. na Pt) tlenków i polioksometalanów wolframu i molibdenu oraz ich
zeolitycznych soli cezowych. Mo,liwe jest tez wykorzystanie makrocyklicznych kompleksów
metali (np. kobaltu, ,elaza czy miedzi), a w szczególno)ci uk adów zawieraj(cych „pier)cie4”
koordynuj(cych atomów azotu zbli,ony to tego wyst+puj(cego w porfirynach czy
ftalocyjaninach. Wyniki prac zespo u w ostatnich latach doprowadzi y do opracowania
dwufunkcyjnych uk adów katalitycznych zdolnych do inicjowania procesu redukcji tlenu oraz
efektywnego usuwania nadtlenku wodoru. Sta o si+ to mo,liwe dzi+ki zaprojektowaniu i
kontrolowanym umiejscowieniu odpowiednich matryc i no)ników wykorzystuj(cych
nanostrukturalne matryce reaktywnych tlenków wolframu, heteropolizwi(zków wolframu i
molibdenu, a w przypadku biooogniw paliwowych – nanostrukturalnych no)ników
w+glowych i kombinacji enzymów z centrami metaloporfirynowymi. Przewidziano
teoretycznie i stwierdzono praktycznie, i, szybka reakcja nast+pcza redukcji nadtlenku
wodoru (produktu po)redniego )prowadzi do przesuni+cia potencja u elektroredukcji tlenu w
kierunku po,(danym tzn. w kierunku warto)ci dodatnich. Przedmiotem naszych
zainteresowa4 s( reakcje utleniania ma ocz(steczkowych alkoholi, a w szczególno)ci
metanolu i etanolu.
Rozwój niskotemperaturowych ogniw wodorowo-tlenowych jest w du,ym stopniu
uzale,niony od rozwoju technologii generowania i magazynowania wodoru.
Fotoelektrochemiczny rozk ad wody jest w tym kontek)cie ciekawa alternatyw(. Obecnie
prowadzimy badania nad popraw( wydajno)ci pracy fotoanod wytworzonych z
mezoporowatego tlenku wolframu poprzez modyfikowanie ich powierzchni odpowiednio
przygotowanymi nanocz(stkami z ota (stabilizowanymi katalitycznymi fosfomolibdenami).
Obecno); rozdrobnionych nanostruktur z ota wydaje si+ prowadzi; do pojawienia si+ efektu
plazmonowego oraz zdolno)ci do transportu adunku na fotoelektrokatalitycznej granicy faz.
Nasze obserwacje b+d( poparte wynikami pomiarów elektrochemicznych, mikroskopowych i
spektroskopowych.