2D materiály pro elektrokatalýzu a přípravu vodíku jako čistého zdroje energie

Simple item page
but.committeeprof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda) Xiaohui Ju, Ph.D. (člen) Jayraj Vinubhai Vaghasiya, Ph.D. (člen) Prof. Daewoo Kim (člen) Asst. Prof. Mario Urso (člen)cs
but.defenceDisertační práce Michely Sanny se zabývá 2D materiály pro elektrokatalýzu a přípravu vodíku jako čistého zdroje energie. Práce zkoumá potenciál těchto nových dvourozměrných (2D) materiálů a souvisejících sloučenin, spolu s výzkumem využití 3D tisku pro výrobu funkčních elektrod v oblasti fotoelektrochemie. Práce se zabývá vysoce relevantním a naléhavým globálním problémem: přechodem k udržitelným zdrojům energie, který je mimořádně důležitý pro zmírnění změny klimatu, posílení energetické bezpečnosti a řízení ekonomického růstu tím, že poskytuje uhlíkově neutrální alternativu k fosilním palivům. Cíle stanovené v práci byly splněny. Komplexní průzkum nových materiálů a výrobních technik nabízí cenné poznatky a postupy pro řešení naléhavých problémů přechodu na čisté zdroje energie. Díky své analýze, inovativnímu přístupu a praktickým dopadům je práce příkladem excelence ve vědeckém výzkumu a vytváří pevný základ pro další pokrok v oboru. Předkládaná práce navíc rozhodně dosáhla toho nejlepšího ze současného stavu techniky, o čemž svědčí velmi vysoká kvalita publikovaných vědeckých článků. Svoji vysokou odbornost prokázala paní Sanna i v průběhu obhajoby svojí práce. Na dotazy oponentů a dalších členů komise odpověděla přesvědčivě.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programPokročilé materiály a nanovědycs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorPumera, Martinen
dc.contributor.authorSanna, Michelaen
dc.contributor.refereeKim, Daewooen
dc.contributor.refereeUrso, Marioen
dc.date.created2024cs
dc.description.abstractElektrochemická výroba vodíku z vody získává stále více pozornosti jako čistý a obnovitelný zdroj energie v reakci na alarmující environmentální problémy způsobené těžbou fosilních paliv během posledních století. Proces však lze považovat za ekologicky šetrnou alternativu pouze tehdy, pokud je poháněn obnovitelnými zdroji energie, jako je solární energie, největší uhlíkově neutrální zdroj dostupný na naší planetě. Solární energie lze přeměnit na elektřinu pomocí solárních panelů a elektrická energie může být využita k rozkladu vody za pomocí elektrokatalyzátorů, jako je platina. Alternativně lze rozklad vody na vodík provádět přímo pomocí solární energie. Nicméně výtěžky přímého fotochemického rozkladu vody jsou nízké. Kombinace obou přístupů, nazývaná fotoelektrochemický rozklad vody, kombinuje nejlepší z obou světů - elektrokatalytický rozklad vody s pomocí fotonů. Z tohoto důvodu je studium nových materiálů založených na hojně se vyskytujících prvků, které lze použít jako fotoelektrokatalyzátory pro tvorbu vodíku, zásadní pro navádění společnosti k udržitelnější výrobě energie. Tato práce zkoumá potenciál těchto nových dvourozměrných (2D) materiálů a souvisejících sloučenin, spolu s výzkumem využití 3D tisku pro výrobu funkčních elektrod v oblasti fotoelektrochemie. Studium několika přechodných kovových selenofosfitů potvrdilo jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro tvorbu vodíku, zejména za působení viditelného světla. MAX fáze byly modifikovány expozicí fluorovému plynu a vlastnosti získaných fluorovaných MAX byly zkoumány, začínaje jejich morfologií až po jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro reakci vývoje vodíku. Fluorované fáze vykazovaly lepší výkony ve srovnání s neošetřenými fázemi MAX. Zlepšená katalytická aktivita byla přičítána fotoaktivním oxyfluoridům, které vznikaly v důsledku procesu fluorace. Fotoaktivita fází MAX byla dále zkoumána jak teoreticky, tak experimentálně, aby bylo možné porozumět původu fotokatalytického chování. Výsledky ukázaly, že přítomnost oxidových nečistot na fázích hraje klíčovou roli v fotoelektrochemické tvorbě vodíku. Role oxidů v fotokatalytické aktivitě těchto sloučenin inspirovala výrobu a zkoumání 3D tištěných elektrod a jejich modifikaci s oxidy deponovanými atomovou vrstvou (ALD), jako je TiO2, SiO2 a Al2O3. I v tomto případě přítomnost tenké vrstvy oxidu na povrchu elektrody významně přispěla ke zlepšení výkonu za působení viditelného světla. Získané výsledky prokázaly důležitost základního studia nových 2D materiálů pro aplikaci v fotoelektrochemické výrobě vodíku a otevřely nové pohledy na výrobu inovativních 3D tištěných vodivých zařízení, která lze modifikovat s funkčními materiály pro přeměnu energie.en
dc.description.abstractThe electrochemical production of hydrogen from water is gaining more attention as a clean and renewable energy source in response to the alarming environmental issues caused by the exploitation of fossil fuels during the last centuries. However, the process can be considered an environmentally friendly alternative only if it is fuelled using renewable sources of energy, like solar energy, the largest carbon-free resource available on our planet. Solar energy can be converted to electricity via solar panels and electrical energy be used for water splitting via electrocatalysts, such as platinum. Alternatively, the water splitting to hydrogen can be carried out directly via solar light energy. However, the yields of direct photochemical water splitting are low. The combination of both approaches, also called photoelectrochemical water splitting, combines the best of both worlds – electrocatalytic water splitting with the aid of photons. For these reason, the study of novel materials based on earth-abundant elements that can be applied as photoelectrocatalysts for hydrogen generation is fundamental to guiding society toward more sustainable energy production. This thesis explores the potential of the emerging two-dimensional (2D) materials and related layered compounds, alongside investigations into the utility of 3D printing for fabricating functional electrodes in the field of photoelectrochemistry. The study of several transition metal selenophosphites confirmed their potential as photoelectrocatalysts for hydrogen generation, in particular under the influence of visible light. MAX phases were modified through exposure to fluorine gas and the properties of the obtained fluorinated MAX were investigated, starting from their morphology to their potential as photoelectrocatalysts for the hydrogen evolution reaction. The fluorinated phases showed better performances compared to the untreated MAX phases. The improved catalytic activity was attributed to photoactive oxyfluorides that formed as a consequence of the fluorination process. The photoactivity of the MAX phases was further investigated both by theoretical and experimental approaches, to understand the origin of the photocatalytic behaviour. The results showed that the presence of oxide impurities on the phases plays a crucial role in the photoelectrochemical production of hydrogen. The role of the oxides in the photocatalytic activity of these compounds inspired the fabrication and investigation of 3D printed electrodes and their modification with atomic layer deposited oxides, like TiO2, SiO2, and Al2O3. Also in this case, the presence of a thin layer of oxide on the surface of the electrode contributed to significantly better performances under the influence of visible light. The obtained results demonstrated the importance of the fundamental study of novel 2D materials for application in the photoelectrochemical production of hydrogen and open new insights into the fabrication of innovative 3D printed conductive devices that can be modified with functional materials for energy conversion.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationSANNA, M. 2D materiály pro elektrokatalýzu a přípravu vodíku jako čistého zdroje energie [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2024.cs
dc.identifier.other161180cs
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11012/249328
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUTcs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectVýroba vodíkuen
dc.subject2D materiályen
dc.subjectfotoelektrochemieen
dc.subjectselenofosfity přechodných kovůen
dc.subjectMAX fázeen
dc.subjectfluoraceen
dc.subject3D tisken
dc.subjectnanášení atomární vrstvyen
dc.subjectHydrogen generationcs
dc.subject2D materialscs
dc.subjectphotoelectrochemistrycs
dc.subjecttransition metal selenophosphitescs
dc.subjectMAX phasescs
dc.subject3D printingcs
dc.subjectatomic layer depositioncs
dc.title2D materiály pro elektrokatalýzu a přípravu vodíku jako čistého zdroje energieen
dc.title.alternative2D materials for electrocatalysis and hydrogen generation as clean energy sourcecs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.dateAccepted2024-06-10cs
dcterms.modified2024-07-12-12:24:10cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyCEITEC VUTcs
sync.item.dbid161180en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.03.27 11:39:18en
sync.item.modts2025.01.15 23:06:31en
thesis.disciplinePokročilé nanotechnologie a mikrotechnologiecs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. Středoevropský technologický institut VUTcs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 5 of 5
Thumbnail Image
Name:
final-thesis.pdf
Size:
20.74 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Vedouci prace-Supervisor_report.pdf
Size:
67.06 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Vedouci prace-Supervisor_report.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Prof. Daewoo Kim_nonsignature.pdf
Size:
290.54 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Prof. Daewoo Kim_nonsignature.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Dr.Urso_nonsignature.pdf
Size:
214.08 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Dr.Urso_nonsignature.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_161180.html
Size:
1.71 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_161180.html
Download
Collections
2024