Synthese, kenmerken en toepassing van gedoteerde koolstofstructuren

Dit proefschrift richt zich op de ontwikkeling van nieuwe koolstofmaterialen, hun karakterisering en toepassing in energieopslag en waterzuivering.

De specifieke doelstellingen van deze studie waren de volgende: (1) methoden ontwikkelen om koolstofmaterialen met een grafeenachtige structuur te fabriceren, van goedkope en hernieuwbare voorlopers op biomassabasis, (2) om eigenschappen van koolstofnanomateriaal te verbeteren met doping en (3) onderzoek naar de toepasbaarheid van deze materialen in energieopslag en waterzuivering.

Voorlopers van biomassa die werden gebruikt bij de synthese van kristallijne koolstofnanomaterialen waren gerststro en sucrose. Verder is nanogestructureerde SNO₂ gebruikt in SiC/C-synthese werd geëxtraheerd uit gerstschil. Doping, een proces dat additieven op de structuren van het gastheermateriaal introduceert, werd gebruikt om de eigenschappen van de koolstofstructuren voor de gewenste toepassing te verbeteren. Verder geeft de studie een dieper inzicht in de materiaalvorming: kristalfase, grootte, vorm en agglomeratietoestand van de volgende gedoteerde koolstofmaterialen: gouden nanodeeltjes/koolstof nanobloem (AuNP/CNF) composiet, koolstof gecoate silicium nanodeeltjes (Si@C) , met grafiet bedekt siliciumcarbide (SiC@grafiet) en met ijzer ingebed grafeen (Fe/grafeen).

Er werd waargenomen dat inductiegloeien een bruikbare techniek is bij de wijziging van de materiaaleigenschappen op het grote temperatuurbereik van 1000 ° C voor amorfe koolstof tot 2400 ° C voor grafietkool en om grote opbrengsten te verkrijgen. Ook bleek nanogestructureerd SiC/C in combinatie met extra koolstof een levensvatbaar materiaal te zijn voor de groei van grafeenachtige koolstof bij gebruik van inductiegloeien. Aanwezigheid van extra koolstof bleek de vorming van de grafeenachtige koolstof niet te verstoren.

Het gesynthetiseerde Si@C werd getest als anodemateriaal voor Li-ionbatterijen. Dankzij de koolstofcoating op het silicium vertoonde het een verbeterde stabiliteit van de laad- / ontlaadcyclus. De toepasbaarheid van het met ijzer gedoteerde grafeen werd getest als adsorbens voor het verwijderen van tetracycline uit waterig medium. Dit materiaal vertoonde een initiële tetracycline-adsorptie van 442 mg g-1, die verder toenam tot 660 mg g-1 dankzij het zelfregeneratievermogen van het composiet.

Het proefschrift van MSc Arūnas Meščeriakovas, getiteld “Synthesis, karakteristieken en toepassing van gedoteerde koolstofstructuren”, zal op 4 juni 2021 om 12.00 uur in het Tietoteknia Auditorium, Kuopio Campus, worden onderzocht aan de Faculteit Wetenschappen en Bosbouw Finland.