Studium katalytických vrstev pro vodíkové technologie prostřednictvím elektronové mikroskopie

Abstract

The high cost and limited availability of iridium are the key barriers to wider com- mercial deployment of proton-exchange membrane water electrolyzers (PEMWE), for which iridium is the preferred catalyst for the oxygen evolution reaction (OER). This thesis therefore focuses on the structural characterization and degradation behavior of an iridium-based catalytic layer prepared on TiOx and TiB2 supports, with the aim of reducing the amount of this scarce metal required. The samples were characterized using SEM, TEM, and HRTEM in both the as-prepared and post-mortem states following the electrochemical stress test. While the catalyst on TiOx degraded primarily through the dissolution of Ir nanoparticles, the TiB2 support exhibited a phenomenon known as Ost- wald ripening and particle growth. This difference is likely due to the differing interaction strength between the metal and the support and the presence of a thin oxide passivation layer on the surface of TiB2, which also corresponds to its better electrochemical stability observed during the test.

Vysoká cena a omezená dostupnost iridia patří mezi klíčové překážky pro širší ko- merční nasazení elektrolyzérů s protonově vodivou membránou (PEMWE), pro něž je iridium preferovaným katalyzátorem reakce vývoje kyslíku (OER). Tato diplomová práce se proto zaměřuje na strukturní charakterizaci a degradační chování katalytické vrstvy na bázi iridia připravené na titanových nosičích TiOx a TiB2 s cílem snížit potřebné množ- ství tohoto vzácného kovu. Vzorky byly pomocí SEM, TEM a HRTEM charakterizovány ve stavu as prepared i post mortem - po elektrochemickém zatížení. Zatímco katalyzá- tor na TiOx degradoval převážně rozpouštěním nanočástic Ir, u nosiče TiB2 docházelo spíše k jevu zvanému Ostwald ripening a růstu částic. Tento rozdíl je pravděpodobně dán odlišnou sílou interakce mezi kovem a nosičem a přítomností tenké oxidové pasivační vrstvy na povrchu TiB2, jež zároveň koresponduje s jeho lepší elektrochemickou stabilitou pozorovanou v provedeném testu.