TITLUL PROIECTULUI: Creșterea performanțelor pilelor de combustie DMFC prin îmbunătățirea stabilității și activității catalitice a materialelor de electrozi

ACRONIMUL PROIECTULUI: GreenEn

SURSA DE FINANȚARE: Proiecte de Cercetare Exploratorie - PNCDI III – Program 4 – Cercetare fundamentală și de frontieră

CODUL PROIECTULUI: PN-III-P4-PCE-2021-1395

NUMĂRUL CONTRACTULUI: PCE 110

DURATA PROIECTULUI: 31 luni (02/06.2022 – 31.12.2024)

BUGETUL PROIECTULUI: 1.200.000 RON

CONSORȚIUL PROIECTULUI: CO - Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi

REZUMATUL PROIECTULUI: In prezent, poluarea aerului reprezintă cel mai important risc de mediu pentru sănătatea umană și este percepută ca a doua cea mai mare problemă de mediu la nivel național și internațional. În acest context, înlocuirea energiei combustibililor fosili cu surse de energie curată/verde este imperativă, iar utilizarea pilelor de combustie cu metanol (DMFC) reprezintă o soluție viabilă la problemele de poluare. Scopul proiectului este de a rezolva două dintre problemele tehnice privind performanța DMFC prin: (i) creșterea activităţii catalizatorilor și reducerea conținutului de platină din aceştia prin dezvoltarea unei noi metode de preparare a nanoparticulelor CoPt și (ii) creșterea stabilităţii catalizatorului prin exploatarea proprietăților unice ale nanotuburilor de carbon (CNTs). În cadrul acestui proiect, va fi realizat un studiu experimental complex privind prepararea, caracterizarea (dimensională, morfologică, structurală, magnetică) și testarea noilor materiale nanocompozite CoPt/CNTs, pentru a alege catalizatorii adecvați în ceea ce privește diametrul morfologia, structura și compoziția nanoparticulelor. Prin îndeplinirea activităților propuse, vom contribui la îmbunătățirea performanțelor și stabilității DMFC și vom dezvolta activităţi de cercetare experimentală în domeniul sintezei de noi catalizatori pe baza nanocompozitului CoPt / CNTs, axându-ne pe aplicații practice și imediate în domeniul surselor de energie regenerabilă și în industria catalizatorilor.

OBIECTIVUL PROIECTULUI: Obiectivul principal al acestui proiect este de a îmbunătăți performanța și eficiența pilelor de combustie DMFC prin optimizarea proprietăților și stabilității electrozilor ceea ce va conduce la producerea unor densități de curent mai mari și o putere superioară.

REZULTATE ESTIMATE: Prepararea de noi catalizatori pe bază de nanocompozite CoPt/CNT cu activitate catalitică ridicată pentru reacția de oxidare a metanolului (MOR), suprafață electrochimică mare și stabilitate ridicată în condiții de funcționare. Materialele compozite obținute vor fi utilizate ca si catalizatori pentru prepararea anozilor pilelor de combustie de tip DMFC, iar stabilitatea și eficiența acestora vor fi testate în condiții de funcționare a pilelor de combustie și vor fi comparate cu suporturi de negru de fum utilizate pe scară largă.

Obiectivul 1/2022
Prepararea nanocompozitelor CoPt/CNT’s și studiul compoziției, morfologiei și proprietăţilor fizice ale acestora.

Activităţi 2022
Activitatea 1.1: Prepararea nanocompozitelor de tip CoPt/CNT’s;
Activitatea 1.2: Caracterizarea morfologică şi structurală a nanocompozitelor de tip CoPt/CNT’s.

Rezultate 2022
i. Comunicări la conferinţe:

1. “Influence of the Preparation Conditions on the Catalytic Efficiency of CoPt Catalyst for MOR”, 14 ^th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-14), 8 – 15 September 2022, Dubrovnik, Croatia.
2. “Magnetic nanoparticles based on CoFe alloy as T2 MRI contrast agents”, IEEE International Conference on e-Health and Bioengineering, EHB 2022 - 10-th Edition, 17-19 November 2022, Hybrid Conference, Iasi, Romania.

ii. Articole ştiinţifice publicate:

1. O.-G. Dragos-Pinzaru, G. Buema, D. Gherca, I. Tabakovic, N. Lupu, Effect of the Preparation Conditions on the Catalytic Properties of CoPt for Highly Efficient 4-Nitrophenol Reduction, Materials 15, 6250 (2022); I.F.: 3.748, https://doi.org/10.3390/ma15186250
2. G. Buema, D.-D. Herea, O.-G. Dragos-Pinzaru, Special Issue: Ceramic and Metallic Biomaterials. Application in Medical Sciences, Coatings 12 (7), 998 (2022); IF: 3.236, https://doi.org/10.3390/coatings12070998
3. O.-G. Dragos-Pinzaru, G. Buema, D.-D. Herea, H. Chiriac, N. Lupu, A.E. Minuti, G. Stoian, D. Shore, V.C. Pierre, I. Tabakovic, B.J.H. Stadler, Synthesis and Characterization of Gold-Shell Magnetic Nanowires for Theranostic Applications, Coatings 12(11), 1755 (2022); IF: 3.236, https://doi.org/10.3390/coatings12111755
4. M. Tibu, N. Lupu, O.-G. Dragos-Pinzaru, Effect of the preparation conditions on the magnetic properties of the CoPt alloy nanowires, Magnetochemistry 8(12), 176 (2022), IF: 3.336, https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8120176
5. O.-G. Dragos-Pinzaru, D.-D. Herea, G. Stoian, F. Borza, N. Lupu, I. Tabakovic, D. Shore, B.J.H. Stadler, Magnetic nanoparticles based on CoFe alloy as T2 MRI contrast agents, , acceptat spre publicare în IEEE – Xplore, Proceedings of the “E-Health and Bioengineering”

Obiectivul 2/2023
Caracterizarea magnetică şi electrică, a suprafeţei specifice şi electrochimice. Determinarea performanţei şi stabilităţii catalizatorilor CoPt/CNT. Studiul punctului de degradare al materialelor şi compararea cu catalizatorii comerciali Pt/negru de fum.

Activităţi 2023
Activitatea 2.1: Caracterizarea morfologică şi structurală a nanocompozitelor de tip CoPt/CNT – partea II; Caracterizarea nanocompozitelor de tip CoPt/CNT din punct de vedere magnetic şi electric;
Activitatea 2.2: Determinarea suprafeţei specifice precum şi a suprafeţei electrochimice a nanocompozitelor de tip CoPt/CNT.
Activitatea 2.3: Test de voltametrie ciclică pentru a evalua rezistenţa la coroziune a nanocompozitului CoPt/CNT

Rezultate 2023

i. Comunicări la conferinţe:

1. “ Electrodeposited CoPt Catalysts for Methanol Oxidation Reaction”, Oana-Georgiana Dragos-Pinzaru, Luiza Racila, George Stoian, Gabriel Ababei, Firuta Borza, Ibro Tabakovic, Nicoleta Lupu, The 24th Conference “New Cryogenic and Isotope Technologies for Energy and Environment” – EnergEn 2023, 18-20 octombrie 2023 - Băile Govora, Romania.
2. “Catalytic activity of CoPt alloy for phenolic compounds reduction”, Gabriela Buema, Anca-Emanuela Minuti, Cristina Stavilă, Nicoleta Lupu, Ibro Tabakovic, Oana-Georgiana Dragos-Pinzaru, The 6th International Conference on Emerging Technologies In Materials Engineering – EmergeMAT, 9-10 noiembrie 2023 – Bucharest, Romania.

ii.  Articole ştiinţifice publicate:

1. O.G. Dragos-Pinzaru, L. Racila, G. Buema, I. Tabakovic, N. Lupu.  Improvement of the catalytic properties for the Methanol Oxidation Reaction (MOR) of the CoPt alloy. Coatings, 14(1), 17 (2024), IF = 2.9, https://doi.org/10.3390/coatings14010017.
2. O.G. Dragos-Pinzaru, G. Buema, L. Racila, G. Ababei, F. Borza, G. Stoian, I. Tabakovic, N. Lupu; High catalytic activity of Co_xPt_100-x alloys for phenolic compounds reduction; Nanomaterials, 14, 599, (2024), IF = 4.4, https://doi.org/10.3390/nano14070599
3. G. Buema, A.E. Minuti, A.I. Borhan, C.N. Borca, D. Dirtu, A.C. Dirtu, M. Dobromir, G. Stoian, G. Ababei, H. Chiriac, N. Lupu, O.G. Dragos-Pinzaru, D. Gherca; Unmodified Mg/Al layered double hydroxide clay with versatile and specific adsorption capacity over high spectrum type of harmful contaminants, Materials Chemistry and Physics, 326, 15, 129835, (2024), IF=4.3, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2024.129835

Obiectivul 3/2024
Proiectarea, construirea si testarea celulelor unice.

Activităţi 2024
Activitatea 3.1: Măsurarea activităţii electrocatalitice a nanocompozitelor CoPt/CNT în timpul reacției de oxidare a metanolului (MOR)
Activitatea 3.2: Pregătirea ansamblului membrană/electrod (MEA)
Activitatea 3.3: Configurarea unei celule de combustie cu metanol direct (DMFC); dezvoltarea codului pentru algoritmii de control şi de achiziţie de date
Activitatea 3.4: Testarea DMFC cu diferite încărcări

Rezultate 2024

i.Comunicări la conferinţe:

1. “CoPt alloys catalysts for Methanol Oxidation Reaction (MOR): in-fluence of material shape onto their catalytic properties” O.G. Dragos-Pinzaru, G. Buema, M. Tibu, F. Borza, G. Ababei, G. Stoian, C. Hlenschi, I. Tabakovic, N. Lupu, The 9th Ed. of the Smart Materials and Surfaces - SMS 2024 Conference, 23 - 25 Octombrie 2024, Barcelona - Spania.
2. “Co₃₀Pt₇₀ alloy bi-functional catalyst for methanol oxidation reaction and 4-nitrophenol reduction”, G. Buema, L.-C. Racila (Budeanu), F. Borza, G. Ababei, G. Stoian, I. Tabakovic, N. Lupu, H. Chiriac, O.G. Dragos-Pinzaru, The 6^th IasiCHEM Conference 2024, 31 octombrie – 01 noiembrie 2024 – Iaşi, Romania.

ii, Articole ştiinţifice publicate:

1. O.G. Dragos-Pinzaru, N. Lupu, H. Chiriac, G. Buema, Exploring the Utilization of Magnetic Composite Materials for High-Risk Contaminant Removal fromWastewater by Adsorption and Catalytic Processes—A Review, Magnetochemitry, 10(8), 57, (2024), IF = 2,7,  https://doi.org/10.3390/magnetochemistry10080057.

iii. Cerere de Brevet depusă la OSIM:

1. „Metodă de preparare a unui nou catalizator pe bază de material nanocompozit cu o activitate catalitică ridicată pentru reacția de oxidare a metanolului (MOR)”, O.G. Dragoş-Pînzaru, M. Ţibu, G. Buema, F. Borza, D. D. Herea, H. Chiriac, N. Lupu, număr de înregistrare la OSIM A/00523, 12 septembrie 2024

Rapoarte
Rezumatul etapei 2022
Rezumatul etapei 2023
Prezentare succinta a rezultatelor

PERSOANA DE CONTACT:
Dr. Oana – Georgiana Dragoş – Pînzaru
Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi
Bulevardul D. Mangeron, Nr. 47, Iași, cod 700050
email: odragos@phys-iasi.ro
Tel: 0232-430.680 (int. 108)
Fax: 0232-231.132