Čista energija i energetska neovisnost jedna su od ključnih pitanja u trenutnim geopolitičkim okvirima te će uvelike oblikovati i smjer znanstvenih istraživanja. Jedan od najvažnijih čimbenika i ključnih procesa u ovu svrhu je elektrokemijska pretvorba lako dostupnih i obnovljivih resursa u električnu energiju, goriva i kemikalije. Elektroliza vode je ugljično-neutralna tehnologija za proizvodnju vodika te ovisi o dvije elektrokemijske reakcije: reakciji evolucije vodika (HER) i reakciji evolucije kisika (OER), koje zahtijevaju uporabu nanostrukturiranih elektrokatalizatora (Front. Chem. 11 (2023) 1304063). Nanočestice Pt i Ir dispergirane na nosačima visokih specifičnih površina su state-of-the-art katalizatori, međutim, njihova visoka cijena i oskudnost zahtijevaju razvoj alternativnih katalizatora baziranih slitinama metala platinske grupe i metala poput Fe, Co i Ni kako bi se smanjila uporaba dragocjenih metala (Front. Chem. 12 (2024) 1373189). Rutenij je najjeftiniji metal platinske grupe, i odlikuju ga visoka aktivnost za HER (Nanoscale Horizons 5 (2020) 43) i posebno OER (ACS Sustainable Chem. Eng. 11 (2023) 17564), te je stoga pogodan kandidat za sintezu naprednih katalitičkih kompozita za ove reakcije.

Uz sintezu slitina, upotreba odgovarajućih nosača može poboljšati učinkovitost aktivne komponente elektrokatalizatora. Ugljični materijali su često korišteni zbog svoje visoke specifične površine i električne provodnosti, ali mogu biti nestabilni u određenim elektrokemijskim uvjetima (tijekom OER). Titanijev oksinitrid (TiON), derivat titanijevog dioksida, kombinira visoku provodnost i stabilnosti, što ga čini atraktivnom alternativom za ugljične nosače, kao što je pokazano u publikacijama grupe iz Slovenije (ChemCatChem 11 (2019) 5038, ACS Catalysis 12 (2022) 13021).

Ovisno o željenim svojstvima katalizatora, odabir metode i uvjeta sinteze ključni su koraci. Radiolitička sinteza, iako relativno nepoznata u elektrokemiji, pokazala se vrlo učinkovitom u sintezi nanočestica metala. Prednost ove metode je brzina i jednostavnost sinteze te minimalno kontaminiranje materijala, kao što je pokazano i u našim prethodnim radovima gdje smo kontrolom doze zračenja i koncentracije reaktanata uspješno sintetizirali nanočestice magnetita i feroksihita u različitim morfologijama, dekorirali ih nanočesticama zlata, te sintetizirali nanokompozitne hidrogelove modificrane magnetitom (Applied surface science 611 (2023) 155653, Nanomaterials, 10 (2020) 1823, Materials Characterization, 159 (2020) 110038).

Ciljevi projekta:

i) uključiti mlade istraživače i nastaviti dobru suradnju hrv. i slo. znanstvenika uspostavljenu tijekom poslijedoktorskog usavršavanja Ivana Marića na Kemijskom Institutu (KI) u Ljubljani (matična ustanova slovenskog voditelja M. Smiljanića)

ii) radiolitički sintetizirati nanoslitine Ru-M (M = Pt, Ir, Fe, Co, Ni) dekorirane na površini TiON-a

iii) karakterizirati sintetizirane katalizatore pretražnom transmisijskom elektronskom mikroskopijom atomske rezolucije (u Sloveniji) te difrakcijom rendgenskog zračenja (u Hrvatskoj)

iv) odrediti elektrokatalitičku aktivnost i stabilnost dobivenih materijala za HER i OER, koja bi trebala biti jednaka ili bolja od trenutnih state-of-the-art katalizatora (Pt/C za HER, IrOx za OER)

v) Razviti reproducibilnu i skalabilnu metodu radiolitičke sinteze (ispitivanje utjecaja doze, brzine doze i atmosfere zračenja te utjecaja polimera na sintezu) elektrokatalizatora baziranih na slitinama plemenitih i neplemenitih metala deponiranih na različitim vodljivim nosačima