Takaisin

Mangaanidioksidista lupaava uusi materiaali katalyyttisten mikromoottorien valmistukseen

Väitös kemian alalta
Väittelijä:  MSc Muhammad Safdar
Aika ja paikka: 16.11.2017 klo 12, F100, Futura, Joensuun kampus

Synteettiset mikromoottorit ovat pieniä, hiuksen halkaisijan kokoluokkaa olevia partikkeleita. Mikromoottorit voivat liikkua autonomisesti nesteessä kemiallisen polttoaineen, ultraäänen, valon tai magneettikentän vaikutuksesta. Kemiallisen polttoaineen avulla liikkuvat mikromoottorit ovat usein luonteeltaan katalyyttisiä eli ne muuttavat kemiallisen polttoaineen reaktiotuotteiksi, joka johtaa partikkelien liikkeeseen. Mikromoottoreita voidaan tulevaisuudessa mahdollisesti käyttää esimerkiksi kohdennettuun lääkeainekuljetukseen, spesifiseen katalyysiin tai haitallisten aineiden kemialliseen tunnistukseen.

Platina on käytetyin materiaali katalyyttisten mikromoottorien valmistamiseksi. Se hajottaa tehokkaasti vetyperoksidia happikaasuksi ja vedeksi. Platina on kuitenkin erittäin harvinainen jalometalli ja sillä on myös monia heikkouksia, kuten katalyyttisen aktiivisuuden merkittävä lasku suolapitoisissa ympäristöissä, sekä täydellinen inaktivoituminen tiettyjen aineiden, kuten tiolien läsnä ollessa. Mangaanidioksidi on vaihtoehtoinen epäorgaaninen materiaali, joka pystyy hajottamaan vetyperoksidia platinan tapaan. Mangaanidioksidi on myös halpaa, ja sitä on saatavilla suuria määriä. Siten, se on erittäin lupaava uusi materiaali katalyyttisten mikromoottorien valmistamiseksi, mutta sitä on toistaiseksi tutkittu erittäin vähän.

MSc Muhammad Safdarin väitöstutkimuksessa valmistettiin koko joukko uusia mangaanidioksidipohjaisia mikromoottoreita ja tutkittiin niiden liikkumista nesteessä. Tulosten perusteella havaittiin, että valmistettujen mikromoottorien työntövoima oli suuri jopa erittäin pienissä kemiallisen polttoaineen pitoisuuksissa. Käytännön sovellutusten osoittamiseksi valmistettuja mikromoottoreita käytettiin orgaanisen väriaineiden poistamiseksi vedestä. Väriaineiden poisto perustuu ainutlaatuiseen katalyyttisen hajottamisen sekä adsorptioon perustuvan vaahdotuksen yhdistelmään. Väriaineiden poistotehokkuus oli yli 90 prosenttia vain yhden tunnin reaktioajalla, ilman nesteen ulkoista sekoitusta. Lisäksi mangaanidioksidia pystyttiin käyttämään tavanomaisten platina-pohjaisten mikromoottorien suojaamiseen tiolien aiheuttamalta inaktivaatiolta.

MSc Muhammad Safdarin orgaanisen kemian alaan kuuluva väitöskirja Manganese Oxide Based Catalytic Micromotors: Synthesis, Characterization and Applications tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Väitöstilaisuuden vastaväittäjänä toimii Dr. Salvador Pané i Vidal, Sveitsin teknillisestä yliopistosta (ETH Zürich) ja kustoksena toimii professori Janne Jänis Itä-Suomen yliopistosta.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/11493?encoding=UTF-8