Fotoelektrokémia Kutatócsoport

A kutatócsoport kutatási irányainak összefoglalója 

A kutatócsoport munkáját 4 nagyobb témára lehet osztani: 

Fotoelektrokémiai folyamatok vizsgálata, új technikák fejlesztése.

A félvezető anyagok alkalmazásához elengedhetetlen a megvilágítás hatására végbemenő folyamatok megértése. In situ (foto)elektrokémiai technikákat alkalmazunk és fejlesztünk, mely esetekben az elektrokémiai információt valamilyen spektroszkópiai, vagy mikroszkópiai módszerrel mért adattal tudjuk kiegészíteni. Ehhez legalább két független információt használunk, melyeket ugyanazon folyamat vagy jelenség vizsgálatából kapunk.

Fotoelektrokémiai energiaátalakítás.

Új, összetett anyagokat állítunk elő, anyagtudományi vizsgálatukat végezzük el, és ezeket különböző folyamatok fotoelektrokémiai katalízisében alkalmazzuk. Célunk ezen hibrid anyagok fotoelektrokatalitikus reakcióban betöltött szerepének, illetve az egyes komponensek hatásának vizsgálata. Elsődlegesen a CO2 redukciós folyamatra koncentrálunk, fotokatód anyagokat fejlesztünk és alkalmazunk, figyelembevéve az anódfolyamatot is a kapcsolódó vízbontási reakcióban. 

Áramlásos fotoelektrokémiai cellák fejlesztése és alkalmazása.

A munkánk célja olyan elektrolizáló cellák fejlesztése, melyekben fotoelektrokémia reakciókat tudunk vizsgálni, a megvilágítás által generált fotopotenciál kiaknázása céljából. A különböző paraméterek (cellageometria, áramlás sebesség, fényintenzitás) hatását vizsgáljuk az adott folyamat (pl.: glicerin oxidáció) sebességére és szelektivitására. 

Perovszkit anyagok fotoelektrokémiai tulajdonságai.

Munkánk során (foto)elektrokémiai vizsgálatokat végzünk optikailag aktív ólom halogenid perovszkitokon. Célunk ezen anyagok optoelektronikai tulajdonságainak a megértése, a degradációs folyamatok jellemzése, és alkalmazásuk fotóelektródokként a napenergia átalakításában üzemanyagokká.

A kutatócsoport legfőbb tudományos eredményei

Félvezető anyagok optoelektronikai tulajdonságainak részletes vizsgálatát végeztük, amely kulcsfontosságú tényező a hatékony és stabil fotoelektródok tervezésében. In situ spektroelektrokémiai módszerekkel elemeztük a hibahelyek szerepét a fotoelektródok optikai és elektronikai tulajdonságaira, valamint a (foto)elektrokémiai korrózióval szembeni stabilitásukat vizsgáltuk (Cu2O, CuI, NiO, TiO2).

Nagy vezetőképességű nanoszerkezetű szénvázzal (például grafénnel vagy szén-nanocsövekkel) rendelkező fém oxid félvezetőket alkalmaztunk hibrid struktúrák kialakítására. Az így összeállított nanoszerkezetek hatékony fotoelektródokat eredményeztek a napenergia átalakításában. Számos módosított elektródot terveztünk és készítettünk a fotoelektrokémiai aktivitás és a töltéshordozó dinamika vizsgálatára (FeNiOOH/Fe2O3/grafén, Cu2O/grafén).

Kétdimenziós nanostruktúrákat (MoSe2, WSe2) állítottunk elő exfoliálási technikákkal katalitikusan aktív helyekkel, hogy megértsük ezek elektronikai és szerkezeti tulajdonságait, feltárva a hibahelyek szerepét a fotoelektrokémiai aktivitásra. Továbbá, Pt nanorészecskéket választottunk le WSe2 nanolemezekre, így tudtuk meghatározni, hogy a fotoelektrokémiai aktivitás javításához szükséges a hibahelyek passziválása, a katalitikus aktív centrumok aktiválása, vagy mindkettőre.

Elektrokémiai, spektroelektrokémiai, és fotoelektrokémiai módszereket alkalmaztunk az ólom-halogenid perovszkitek optoelektronikai jellemzőinek vizsgálatára és hibrid architektúrákba (pl. napelemek) való összeállítására. Ezen anyagok instabilitása korlátozza a kísérletekben és a gyakorlati felhasználásban az alkalmazható oldószerek és elektrolitok körét. Vizsgálataink célja egy stabilitási ablak kimérése volt a teljesen szervetlen CsPbBr3 és hibrid szerves-szervetlen MAPbI3 perovszkitok elektrokémiai vizsgálataihoz. Továbbá, célul tűztük ki a fellépő redukciós és oxidációs események megértését, valamint az extrém elektrokémiai körülmények között bekövetkező károsodások vizsgálatát.

Az elmúlt 1 év eredményei

A kutatócsoport a félvezetőkben megvilágítás hatására végbemenő folyamatok megértésével foglalkozik. A fotoelektrokémiai technikák és cellák fejlesztése mellett új, összetett anyagokat állítunk elő. Célunk ezen hibrid anyagok fotoelektrokatalitikus reakciókban betöltött szerepének vizsgálata, megértése, és a gyakorlati alkalmazásuk kifejlesztése. 

ACS Energy Lett. 2022, 7, 1, 417–424.
J. Phys. Chem. C 2021, 125, 14, 7701–7710.
Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002124.

A kutatócsoport legfontosabb 5 publikációja

  • H. W. Jeong, T. S. Zsigmond, G. F. Samu, C. Janáky, Sacrificial Agent Gone Rogue: Electron-Acceptor-Induced Degradation of CsPbBr3 Photocathodes, ACS energy Lett., 2021, 7, 417-424. 
    https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02130
  • A. Kormányos, E. Kecsenovity, A. Honarfar, T. Pullerits, C. Janáky, Hybrid FeNiOOH/α‐Fe2O3/Graphene Photoelectrodes with Advanced Water Oxidation Performance, Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2002124. https://doi.org/10.1002/adfm.202002124
  • Á. Balog, G. F. Samu, P. V. Kamat, C. Janáky, Optoelectronic Properties of CuI Photoelectrodes, J. Phys. Chem. Lett., 2019, 10, 259-264. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b03242
  • G. F. Samu, Á. Balog, F. De Angelis, D. Meggiolaro, P. V. Kamat, C. Janáky, Electrochemical hole injection selectively expels iodide from mixed halide perovskite films, JACS, 2019, 141, 10812-10820. https://doi.org/10.1021/jacs.9b04568
  • E. Kecsenovity, B. Endrődi, P. S. Tóth, Y. Zou, R. A. W. Dryfe, K. Rajeshwar, C. Janáky, Enhanced photoelectrochemical performance of cuprous oxide/graphene nanohybrids, JACS, 2017, 139, 6682-6692. 
    https://doi.org/10.1021/jacs.7b01820

Csoportvezető kutató: Dr. Janáky Csaba

Janáky Csaba, habilitált egyetemi docens (PhD), a Szegedi Tudományegyetemen szerzett doktori fokozatot, majd Marie Curie ösztöndíjasként 2 évet dolgozott a The University of Texas at Arlington egyetemen. 2013-ban hazatérve csoportépítő munkába kezdett, majd 2014-ben a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával megalapította az MTA-SZTE Lendület Fotoelektrokémiai Kutatócsoportot. Szakmai tapasztalatai felölelik az elektrokémiai katalizátorfejlesztés, a (foto)elektrokémia és a CO2 átalakítás széles vertikumát. 100+ nemzetközi folyóiratban megjelent közlemény társszerzője, 65 esetben első-, vagy levelező szerző (ΣIF>800). Az elmúlt 5 évben 4 szabadalmi bejelentés, a 2019-ben elnyert „Innovációs Oscar-díj”-nak is nevezett R&D 100 Award, Magyar Környezetvédelmi Innovációs díj, és Gábor Dénes-díj jelzik az alkalmazott kutatási tevékenység innovativitását.


Dr. Balog Ádám
Hursán Dorottya
Dr. Hye Won Jeong
John Mark Christian Dela Cruz
Dr. Samu Gergely Ferenc
Dr. Tóth Péter Sándor
Xiangtian Chen

Legfontosabb eszközök

  • Autolab PGSTAT204, 302, 302N potenciosztát/galvanosztát mérőállomások, Forgó korong elektród egység, Intenzitás modulaált photoáram spektroszkópiás egység, Elektrokémiai kvarc kristály mikromérleg, 10A Current Booster
  • Shimadzu GC-2030 gázkromatográf nagyhőmérsékletű, automatizált mintainjektorral
  • SRS UGA200 atmoszférikus mintavételezésű tömeganalizátor
  • Nikon Eclipse LV100ND optikai mikroszkóp, SMZ745T sztereomikroszkóp
  • Napfény szimulátor Oriel (Newport), LCS-100
  • Belső kvantumhasznosítási tényező mérőegység (IPCE), Newport, QEPVSI-bSpektrofotométer: HP8452A, Avantes Spec2048
  • Atomi réteg leválasztó berendezés (Beneq TFS 200 ALD) tisztatérben elhelyezve
  • Kelvin probe – Felülelti fotofeszülség mérő berendezés (KP Technology APS04)Saját fejlesztésű fotoelektrokémiai mikroszkóp (optikai mikroszkóppal azonosítható (foto)elektrokémialag aktív felületegységek tulajdonságainak vizsgálatára alkalmas).

A kutatási irányokhoz köthető legfontosabb ábrák

Ipari partnerek

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