Z uwagi na to, że wodór jest źródłem czystej i odnawialnej energii o wysokiej gęstości (do trzech razy wyższej w porównaniu do ciekłych paliw opartych na węglowodorach), jest on często rozważany jako obiecująca alternatywa do częściowego zastąpienia paliw kopalnych lub nawet ich całkowitej eliminacji. Jednakże istnieje kilka naukowych i technologicznych barier, które należy pokonać aby możliwe było użycie przyjaznej środowisku energii wodorowej. Nawet jeśli technologia elektrochemicznego rozkładu wody, generująca gazowy wodór, jest dobrze poznana to zastosowanie na dużą skalę elektrolizerów wodnych do wydzielania wodoru jest nadal niemożliwe przez brak aktywnych i stabilnych elektrokatalizatorów. Dlatego jednym z głównych problemów, które należy obecnie rozwiązać jest opracowanie nie tylko nowych i niedrogich (nie bazujących na metalach szlachetnych) elektrokatalizatorów do wysoce wydajnego wydzielania wodoru podczas elektroliz wody. Zbalansowane podejście do problemów energetycznych wymaga opracowania nie tylko nowych materiałów do wydajnego generowania energii ale także urządzeń i technologii do jej magazynowania. Szczególne zainteresowanie należy się kondensatorom elektrochemicznym (inaczej superkondensatorom), które posiadają potencjalne zastosowanie w źródłach energii dzięki swoim szczególnym właściwościom takim jak wysoka gęstość mocy, szybkie ładowanie-wyładowanie, duża odporność na wiele cykli ładowania i wyładowania. Ponadto urządzenia te są przyjazne środowisku, charakteryzują się szerokim zakresem temperatur bezpiecznej pracy. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, wydaje się że nanostrukturalne fosforki oraz selenki metali przejściowych (Ni, Co, Mo, Mn) wydają się być bardzo obiecującymi materiałami do obu wcześniej wspomnianych zastosowań powiązanych z wytwarzaniem i magazynowaniem energii. Najbardziej innowacyjną częścią projektu będzie użycie elektrod w formie wysoce uporządkowanych nanodrutów zamiast nanomateriałów przypadkowo rozmieszczonych na powierzchni elektrody. Nanostrukturalne elektrody w formie uporządkowanych nanodrutów z fosforków i selenków metali przejściowych będą otrzymane na drodze elektrochemicznego osadzania w porowate matryce, a następnie poddane odpowiedniej obróbce termicznej. W pierwszym etapie nanodruty na bazie metali przejściowych zostaną osadzone w porowate matryce z anodowego tlenku glinu (AAO) w sposób jaki zademonstrowano na Rysunku 1.

Rysunek 1. Schematyczny diagram otrzymywania wysoko uporządkowanych układów nanodrutów metali (Ni, Co) i/lub tlenków metali (Mn, Mo) w oparciu o porowate matryce AAO.

W kolejnym etapie otrzymane nanodruty zostaną poddane procesowi fosforyzacji i selenizacji, w którym proszki P i Se posłużą jako prekursory do wytworzenia par w piecu rurowym. W konsekwencji otrzymane zostaną uporządkowane układy nanodrutów fosforków i selenków metali przejściowych. Materiały te będą badane pod kątem możliwości ich zastosowania jako katalizatorów do elektrochemicznego rozkładu wody oraz w superkondensatorach. 

Wyniki naszych badań zostały opublikowane w poniższych artykułach:

A. Brudzisz, G. D. Sulka, A. Brzózka, A facile approach to silver nanowire array electrode preparation and its application for chloroform reduction, Electrochim. Acta 362 (2020) 137110. IF=6,215

Abstract

Herein, we report, for the first time, application of Ag nanowire array electrodes for electrocatalytic reduction of chloroform in an aqueous solution of 0.05 M KClO4. The activity of this electrode was compared with a bulk Ag electrode, and the peak potential shifted up to 280 mV to less negative values, suggesting improved catalytic properties toward the reduction of chloroform. The template-assisted potentiostatic electrodeposition of Ag nanowires from a cyanide-based solution was optimized. Particularly, the influence of working electrode potential and duration of electrodeposition on the length of nanowires, passed electric charge, pore-filling rate, and current efficiency was studied. A highly reproducible and fast fabrication of anodic alumina templates was achieved by optimizing operating parameters of the voltage pulse detachment and duration of wet chemical etching.

 

A. Brzózka, A. Brudzisz, D. Rajska, J. Bogusz, R. Palowska, D. Wójcikiewicz, G. D. Sulka, Recent trends in synthesis of nanoporous anodic aluminum oxides w: Nanostructured Anodic Metal Oxides, Synthesis and Applications, G.D. Sulka (Red.), Elsevier 2020, Rozdział 2, str. 35–88.

Abstract

Porous anodic aluminum oxide (AAO) with highly ordered pores is one of the most desirable morphologies in point of view the practical applications. Scientists still develop new methods leading to obtaining the expected morphology and improving AAO properties. As it is already known, the architecture of AAO depends on anodization conditions (i.e., the composition of the electrolyte, temperature, voltage/current of anodization). In this chapter, novel procedures for the synthesis of anodic aluminum oxide were presented and compared with commonly known conditions used for Al anodization so far. The anodic oxidations in alkaline, neutral, and also less popular acid solutions (i.e., chromic, selenic, arsenic, malonic, pyrophosphoric, etidronic, and glutaric acids) were described in detail. Furthermore, it was discussed also the effect of various additions to the anodization electrolyte such as ionic liquids, ethanol, PEG, glycerin on the morphology of formed AAOs. Finally, we presented other unusual conditions of anodic oxidation such as modified pulse, hybrid potential, or AC anodization.