Arhitecturi inovative de electrocatalizatori din cupru pentru reactia de reducere a CO2

  • Acronimul proiectului: CuCO2RR
  • Contract: 134/ 2017
  • Autoritatea contractanta: UEFISCDI
  • Contractor: Universitatea din Bucuresti
  • Valoare proiect: 431.900,00 lei
Principalul obiectiv al proiectului este acela de a răspunde la o problema cheie in electrocataliză: activitatea și selectivitatea reducerii electrochimice a CO2 (CO2RR). Acest proiect se va concentra pe înțelegerea științifică a proceselor care se desfășoară în reacția de reducerea electro- și foto-asistată a CO2 pe catalizatori de nanostructurați pe baza de cupru. Proiectul își propune să ofere o mai bună înțelegere a site-urilor active, elucidarea mecanismelor de reacție. Este de așteptat ca acești catalizatori să scadă potențialul de debut al reducerii CO2 în comparație cu cei formați prin electro-depunere. Echipa aduce împreună tineri cercetători entuziaști, cu expertiză în electrochimie, știința suprafețelor și sinteză de nanoparticule și cercetători cu cariera academică, cu experiență excelentă în managementul de proiect, care se alătură pentru îndeplinirea acestui obiectiv ambițios. Fiind un proiect care susține excelența, este de așteptat să promoveze extinderea și diversificarea cunoștințelor, formarea unei noi generații de oameni de știință (rol social) cu un nivel profesional ridicat: 3 doctoranzi și 1 masterand vor lucra la acest proiect, sub supraveghere a cercetătorilor seniori cu experiență. Mai mult decât atât, este de așteptat ca echipa să contribuie la aprofundarea cunoașterii in CO2RR, prin producerea de articole de cercetare de excepție: min 2 lucrări științifice publicate in jurnale indexate ISI, 2 lucrări de conferință / poster și 1 cerere de brevet pe baza cunoștințelor acumulate în timpul implementării proiectului.
Coordonator proiectUniversitatea din Bucuresti prin Facultatea de FizicaCentrul de Cercetare 3NANO-SAE Universitatea din Bucureşti, cea mai mare şi prestigioasă instituţie academică, are peste 140 de ani de experienţă şi expertiză în educaţie şi în cercetare, recent primind titlul de “Universitatea cu activitate de cercetare cea mai intensă”. În 2007, un sondaj al revistei “The times Higher Education Supplement” a plasat Universitatea din Bucureşti în top 500 cele mai prestigioase universităţi. Organizată în Facultăţi şi Departamente, îşi desfăşoară activităţile pe trei programe de studii, programe de Master (117) şi 21 de şcoli doctorale cu 300 de supraveghetori şi 3000 de doctoranzi. Centrul de Cercetare-Dezvoltare 3Nano-SAE, situat în Facultatea de Fizică, department cu activităţi de cercetare în biosenzori, nanoelectronica, tehnologia pilelor de combustie, sisteme de hidrogen, sisteme de energie hibride, coordonator al Şcolii Doctorale şi a Şcolii Postdoctorale Pile de Combustie şi Stocare de Hidrogen . Infrastructura este alcatuită din laboratoare: testarea de pile de combustie, generarea şi stocarea de hidrogen, pile de biocombustie, ingineria sistemelor de energie hibride, caracterizarea de materiale (Charm), Chimia Plasmei, Fotorezisti, şi tehnologia printării polimerilor (PCPT), chimie avansată de sinteză şi depunere a polimerilor (APSC). Exista facilităţi extinse şi unice în campusul din cadrul Facultăţii de Fizică necesare pentru a îndeplini sarcinile de cercetare propuse acoperind metode de sinteză, procesare, şi caracterizare de materiale cum ar fi semiconductori, polimeri, nanocompozite. Interesele de cercetare includ nanomateriale conveţionale şi inovatoare, structuri şi dispozitive necesare în proiectarea de pile de combustie, senzori (chimici, electrochimici) care acoperă tehnici şi metode de polimerizare în plasmă, polimerizare electrochimică, fluide supercritice, sol-gel, materializate într-o mare listă de proiecte/colaborări: 9 proiecte internaţionale şi 35 de proiecte naţionale.

Director de proiect: 

Dr. Adriana Balan, Lector/CSIII, Facultatea de Fizică, Universitatea din București, titlul de Doctor în Fizică obținut în anul 2011.  Este co-fondator al Centrului de Cercetare 3Nano-SAE și coordonează activitatea de cercetare a studenților în cadrul programului de master Surse de Energii Regenerabile și Alternative, în cadrul Facultății de Fizică. Experiență profesională în activitatea de cercetare: materiale compozite polimerice, carbonice cu aplicații în dispozitive electrochimice- pile de combustie, metode de caracterizare materiale- microscopie de forțe atomice, analize termice, electrochimie. Participă în implementare proiectului internațional ”Metode inovative de învățare pentru viitorii specialiști în energii regenerabile” care are ca obiectiv crearea unei platforme educaționale între Universitatea Reykjavik și Universitatea din București și mobilități inter-universitare în vederea formării viitorilor specialiștilor în energie regenerabilă. A fost director sau responsabil de proiect în cinci proiecte de cercetare naționale și a participat în 15 proiecte ca membru în echipă. Este co-autor a patru brevete naționale, a publicat 57 de lucrări ISI, cu peste 500 de citări, indice Hirsh 13 (http://www.researcherid.com/rid/B-7331-2011).

Membrii echipei: 

Drd. Cornelia Diac, vârsta: 28 ani, Doctor în Fizică (2017-2021)Pe parcursul studiilor de doctorat am acumulat o bogată experiență în gestionarea și desfășurarea activităților de proiect, unde am reușit să parcurg teme de cercetare în domeniul electrochimiei și al proceselor de solubilizarea chimică și electrochimică. Am dobândit cunoștințe semnificative în procesele electrochimice și am învățat să lucrez pe un grup mare de dispozitive, care sunt folosite și în cadrul acestui proiect: Potențiostat/galvanostat electrochimic, Spectroscopia de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv (ICP – OES), Raman, Spectroscopie UV – Viz, Analiza CHNS, Analiza termogravimetrică (ATG).

Drd. Iuliana Maxim,

Drd. Tom Iacob,

Prof. Univ. Dr. Ioan Stamatin, în cadrul Facultății de Fizică, Universitatea din București. Domenii de expertiză: convertori electrochimici (pile de combustie, baterii); eco-nanotehnologii; sinteza nanomaterialelor; polimeri, biopolimeri, bio-nanotehnologii; aplicații printare 3D, stocare energie (supercondensatori, baterii, senzori); electrocatalizatori pe bază de platină utilizați în celulele de combustie; senzori și metode electrochimice pentru detecția diferitelor soluții de analit; caracterizarea fizico-chimică a materialelor prin spectroscopie (UV-Vis, FT-IR ATR, Fluorescență); microscopie optică; tratamente cu ultrasunete. A publicat 155 de lucrări științifice; brevete indexate în baza de date internațională Derwent: 14; a coordonat si evaluat ca referent 28 teze de doctorat. Lider de proiect în 7 proiecte și ca membru al echipei în alte 20 de proiecte de cercetare; mai bine de 1700 de citări. , h-index 24 (ISI Web of Science). Link personal: https://www.brainmap.ro/ioan-stamatin

Scopul proiectului este obținerea de structuri noi de straturi de oxid nanostructurat și suprafețe poroase cu morfologie controlata pe Cu policristalin folosind plasma de oxigen și hidrogen. Proiectul își propune să ofere o mai bună înțelegere mecanismelor si a proceselor ce au loc in centrii activi in reacția de reducere foto- electrochimica a CO2.

Indicatori:

– min 2 lucrări științifice publicate in jurnale indexate ISI,

– 2 lucrări de conferință / poster

– 1 cerere de brevet pe baza cunoștințelor acumulate în timpul implementării proiectului.

Etapa I Proiectare si realizare dispozitiv de testare. Sinteza materiale nanostructurate (data de finalizare 31.12.2021)

În cadrul Etapei I/2021 au fost testate și caracterizate mai multe structuri de Cu cu ajutorul unei noi configurații de celulă fotoelectrochimică. Materialele obținute au fost caracterizate din punct de vedere morfo-structural și fizico-chimic folosind următoarele metode: microscopie de forțe atomice (AFM), microscopie electronică de baleiaj (SEM), spectrofotometrie UV-Viz și Raman, măsurători electrochimice (voltametrie ciclică, spectroscopie de impedanță electrochimică). Rezultatele obținute demonstrează potențialul acestor catalizatori pe bază nanostructuri de Cu în vederea reducerii electrochimice a CO2. În etapa următoare vor fi continuate studiile pentru obținerea de diverse nanostructuri pe bază de Cu prin procese de activare în plasmă și optimizarea procesului de conversie a CO2, conform planului de activități.

Etapa II. Studierea proceselor foto-electrochimice de reducere a CO2- I (data de finalizare 31.12.2022)

Activitate II.1. Optimizarea procesului de sinteza a electrocatalizatorului- nanostructuri de Cu

Activitate II.2. Studierea proceselor foto-electrochimice de reducere a CO2 folosind dispozitivul experimental realizat in cadrul proiectului- I

Activitate II.3. Analiza produsilor de reactie-I

Etapa III. Studierea proceselor foto-electrochimice de reducere a CO2- II (data de finalizare 14.03.2023)

Activitate III.1. Studierea proceselor foto-electrochimice de reducere a CO2 folosind dispozitivul experimental realizat in cadrul proiectului- II

Activitate III.2. Analiza produsilor de reactie-II

Listă publicații 

(1) Ionescu, V.; Balan, A.E.; Trefilov, A.M.I.; Stamatin, I. Exergetic Performance of a PEM Fuel Cell with Laser-Induced Graphene as the Microporous Layer. Energies 202114, 6232. https://doi.org/10.3390/en14196232

(2) Trefilov, A.M.I.; Balan, A.; Stamatin, I. Hybrid Proton-Exchange Membrane Based on Perfluorosulfonated Polymers and Resorcinol–Formaldehyde Hydrogel. Polymers 202113, 4123. https://doi.org/10.3390/polym13234123

Listă brevete 

Listă participări conferințe

  • 1 prezentare orală la conferință internațională: EMRS Fall Meeting 2021: Plasma Functionalized Carbon Nanowalls as Microporous Layers in PEM Fuel Cells,  Autori : Alexandra M.I. Trefilov, Bogdan I. Bita, Sorin Vizireanu, Ana V. Filip, Marius C. Dinca, Bogdan A. Sava, Gheorghe Dinescu, Adriana Andronie Balan
  • 1 poster la conferința internațională 19th International Conference on Plasma Physics and Applications- Book of Abstracts: Plasma Functionalized Carbon Nanowalls as Microporous Layers in PEM Fuel Cells,  Autori : Alexandra M.I. Trefilov, Bogdan I. Bita, Adriana Andronie Balan, Sorin Vizireanu, Gheorghe Dinescu

fdssfew