Elektrokatalízis Kutatócsoport

A kutatócsoport kutatási irányainak összefoglalója 

A kutatócsoport munkáját 4 nagyobb témára lehet osztani: 

Az elektrokémiai CO2 redukcióval kapcsolatos alapvető kérdések feltárása és megválaszolása. Ez magában foglalja az új katalizátorok, membránok és katalizátorhordozók jellemzését mind elektrokémiai, mind pedig attól független nagyműszeres technikák alkalmazásával. 

Semleges közegű vízoxidációs katalizátorok fejlesztése. A munka során az elektrokémiai vízbontás vagy CO2 redukció során anód katalizátorként alkalmazható anyagok felderítését célozzuk. A katalizátorok részletes jellemzésére különböző csatolt elektrokémiai módszereket alkalmazunk, fejlesztünk.

Vízoxidációnál kisebb energiaigénnyel lejátszódó és/vagy nagyértékű termékek képződéséhez vezető anód reakciókkal kapcsolatos alapvető tudományos kérdések vizsgálata. Ilyenek lehetnek például a glicerin, vagy egyes furán származékok elektrokémiai oxidációs reakciói. A munkánk során nagy hangsúlyt fektetünk a megbízható analitikai technikák fejlesztésére is. 

Egyéb gázfázisú elektrokémiai folyamatok vizsgálata. A kutatócsoportban vizsgáljuk a CO2 redukciójával előállított CO elektrokémiai tovább alakításának, így abból nagyobb értékű termékek előállításának lehetőségét. 

A kutatócsoport legfőbb tudományos eredményei

Megmutattuk, hogy a CO2 elektrolízis sebességét döntően befolyásolja a katód felületén található kationok mennyisége és minősége. A használt rés nélküli elektrolizáló cellában a kationok az anód oldalról, a membránon keresztül jutnak a katód felületére. Megmutattuk, megfelelő kationokat tartalmazó oldatot bejuttatva a katód oldalról szintén nagy sebességű CO2 redukció érhető el. 

Megmutattuk, hogy a CO2 redukciós kísérletek kezdete után rövid idővel már nem lúgos, hanem közel semleges pH-jú az anóddal érintkező oldat. A lúgos körülmények között gyakran használt nikkel katalizátor így CO2 redukciós cellákban nem alkalmazható, mivel folyamatos oldódása a cellakomponensek szennyeződéséhez vezet. 

Kidolgoztuk a potenciális vízoxidációs katalizátorok semleges közegben való jellemzéséhez szükséges módszertant. Ez magában foglalja az elektrokémiai vizsgálatokat, valamint a katalizátorok oldódását, vagy szerkezeti változását vizsgáló analitikai eljárások és mikroszkópiai módszerek összehangolt alkalmazását.  

Az elektrokémiai klorát szintézisével kapcsolatos kísérleteinkkel rámutattunk, hogy az elektrolizáló cella anódján képződő hipoklorit köztitermék jelentős mértékben visszaalakul a katódon. A katódon létrehozva vékony mangán-oxid, vagy cérium-oxid filmeket ezt a káros reakciót vissza tudtuk szorítani, ami a folyamat hatékonyságának növekedéséhez vezetett. 

Az elmúlt 1 év eredményei

A kutatócsoport értékes termékekhez vezető elektrokémiai reakciók vizsgálatával foglalkozik. Ilyen a szén-dioxid elektrokémiai redukciója szén-monoxiddá, vagy ez utóbbi továbbalakítása etilénné. Emellett olyan anódos reakciókat vizsgálunk, melyek értékes termékhez vezetnek és/vagy a vízoxidációhoz képest jelentősen kisebb potenciálon játszódnak le. 

Tiszta vízzel üzemeltetett szén-dioxid elektrolizáló cellák katódját periodikusan aktiválva egy elektrolit oldat befecskendezésével nagy CO2 redukciós sebességet értünk el. Az eredményeinket, és az ebből levont fontos következtetéseket a szakterület kiemelkedő folyóiratában, a Nature Energy-ben közöltük.1

Megmutattuk, hogy a CO2 elektrolízis során általánosan alkalmazott anód oldali lúgos elektrolit oldatot a beoldódó szén-dioxid semlegesíti. A vízoxidációs katalizátornak így nem lúgos, hanem semleges közegben kell stabilnak és aktívnak lennie, így a lehetséges katalizátorokat is ilyen körülmények között kell vizsgálni.2,3
(1)             Nat. Energy 2021, 6 (4), 439–448.
(2)             ACS Energy Lett. 2021, 3801–3808.
(3)             ACS Catal. 2022, 1037–1051.

A kutatócsoport legfontosabb 5 publikációja

  • Á. Vass; B. Endrődi; G. F. Samu; Á. Balog; A. Kormányos; S. Cherevko; C. Janáky, Local Chemical Environment Governs Anode Processes in CO2 Electrolyzers. ACS Energy Lett. 2021, 3801–3808. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01937
  • B. Endrődi; A. Samu; E. Kecsenovity; T. Halmágyi; D. Sebők; C. Janáky, Operando Cathode Activation with Alkali Metal Cations for High Current Density Operation of Water-Fed Zero-Gap Carbon Dioxide Electrolysers. Nat. Energy 2021, 6 (4), 439–448. https://doi.org/10.1038/s41560-021-00813-w 
  • Á. Vass; B. Endrődi; C. Janáky, Coupling Electrochemical Carbon Dioxide Conversion with Value-Added Anode Processes: An Emerging Paradigm. Curr. Opin. Electrochem. 2021, 25, 100621. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2020.08.003
  • Á. Vass; A. Kormányos; Z. Kószó; B. Endrődi; C. Janáky, Anode Catalysts in CO2 Electrolysis: Challenges and Untapped Opportunities. ACS Catal. 2022, 1037–1051. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04978
  • B. Endrődi; V. Smulders; N. Simic; M. Wildlock; G. Mul; B. Mei; A. Cornell, In Situ Formed Vanadium-Oxide Cathode Coatings for Selective Hydrogen Production. Appl. Catal. B Environ. 2019, 244, 233–239. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.038 

Csoportvezető kutató: Dr. Endrődi Balázs

Dr. Endrődi Balázs a Szegedi Tudományegyetemen (SZTE) végzett kémia BSc és vegyész MSc szakon, majd a doktori címét is itt szerezte meg 2015-ben. Ezt követően az SZTE Fizikai Kémiai és Anyagtudományi tanszékén lett tanársegéd, jelenleg pedig adjunktusként dolgozik. 2016-2018 között a stockholmi KTH intézetben volt posztdoktori ösztöndíjas Tudományos pályája során az elektrokémiai központi szerepet kapott. Kezdetben vezető polimerek elektrokémiai szintézisével és alkalmazásával foglalkozott, majd az érdeklődése a szén-dioxid elektrokémiai hasznosítása felé fordult. Jelenleg ipari szempontból is jelentős elektrokémiai folyamatok alapvető tudományos kérdéseinek megválaszolásán dolgozik.

A kutatócsoport további tagjai:
Árkosy Bálint
Drágity Deján
Galbicsek Noémi
Dr. Kormányos Attila, junior kutató
Samu Angelika, PhD hallgató

Legfontosabb eszközök

  • Biologic VMP-300 többcsatornás potenciosztát/galvanosztát
  • Shimadzu GC-2030 gázkromatográf
  • Shimadzu QP2010 MS tömegspektrométerrel csatolt gázkromatográf
  • SRS UGA300 atmoszférikus mintavételezésű tömeganalizátor
  • SRS BGA-244 bináris gázanalizátor
  • Hubei Cubic-Ruiyi Gasboard-3100 gázanalizátor CO, CO2 és H2 meghatározásához
  • Bronkhorst tömegáram szabályzók (többféle)
  • Shimadzu tömegspektrométerrel kapcsolt ionkromatográf
  • Saját tervezésű és készítésű tesztkeret gázfázisú elektrokémiai reakciók vizsgálatához

A kutatási irányokhoz köthető legfontosabb ábrák

Ipari partnerek

Vegye fel a kapcsolatot a kutatócsoport-vezetőjével a következő e-mail címen:
endrodib@chem.u-szeged.hu