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Operando Probing of Electrochemical Reactions At Triple-phase-boundaries

Description du projet

Des électrocatalyseurs haute capacité pour élargir la production de carburants propres

La mise à l'échelle de la technologie électrochimique nécessaire pour transformer les émissions résiduelles en carburants verts demeure le principal obstacle à sa production commerciale. Si les électrocatalyseurs de laboratoire donnent de bons résultats lors d’essais idéalisés à faible puissance, ils échouent souvent lorsqu’ils sont transposés dans des électrolyseurs haute capacité commerciaux. Le projet OPERATE, financé par le CER, va contribuer à résoudre ce problème en analysant des réactions chimiques complexes dans des conditions industrielles réalistes à courant élevé. Les chercheurs vont développer des techniques avancées de spectroscopie aux rayons X pour observer l’intérieur des interfaces triphasiques cachées où interagissent les catalyseurs gazeux, liquides et solides. À l’aide de membranes nanoporeuses ultrafines permettant de séparer les liquides et les gaz, l’équipe mettra en évidence le rôle précis des structures atomiques dans la conversion de l’hydrogène et du CO2, afin de concevoir rapidement et en série des catalyseurs peu coûteux.

Objectif

Electrochemical conversion is central to the net-zero transition, enabling hydrogen production from renewable energy and water, and the transformation of waste CO2 into valuable fuels and chemicals. However, these multi-step reactions take place at triple-phase boundaries which are challenging to experimentally access, limiting our understanding and thus ability to rationally design improved electrocatalysts. OPERATE will deliver new capabilities to observe the chemical state, intermediate species and underlying reaction mechanisms at these triple-phase boundaries under realistic reaction conditions, to inform the development of earth-abundant electrocatalysts for sustainable chemical production. Operando X-ray spectroscopy approaches will be developed to observe solid-liquid and solid-gas boundaries under high current-density and mass-transport regimes, using nano porous membranes to separate liquid and gas phases. Combinatorial screening of multicomponent nanoparticles, combined with high throughput electrochemical testing will enable mapping of the electrochemical and compositional parameter space such that operando characterisation can obtain the most detailed mechanistic insights. Control of composition, phase and size of multicomponent nanoparticles will tune the extent to which lattice oxygen participates in the oxygen evolution reaction, and the presence of synergistic sites to guide CO2 reduction towards desired products. In contrast to previous approaches, electrolyser-relevant current densities and mass-transport regimes will be used throughout the catalyst screening process to ensure translation to scaled-up devices, which will be confirmed using advanced operando studies with newly developed zero-gap electrolyser formats. OPERATE will thereby accelerate the development of electrocatalysts for gas-evolving and gas-consuming reactions, by revealing and understanding the underlying reaction mechanisms to inform rational catalyst design.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

THE CHANCELLOR, MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF OXFORD
Contribution nette de l'UE
€ 2 323 800,00
Adresse
WELLINGTON SQUARE UNIVERSITY OFFICES
OX1 2JD Oxford
Royaume-Uni
Région
South East (England) Berkshire, Buckinghamshire and Oxfordshire Oxfordshire
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 323 800,00

Bénéficiaires (1)