Hyppää pääsisältöön

Koronavirustilanne Itä-Suomen yliopistossa

Nanorakenne. Kuva_Filipp_Temerov

Aurinkoenergiaa tehokkaasti talteen nanorakenteilla

Ilmaston lämpenemistä pidetään yhtenä suurimmista uhista 2000-luvulla. Tämä kehitys voi johtaa peruuttamattomiin muutoksiin ilmastossa sekä elämässä planeetalla. Tärkein tekijä ilmaston lämpenemiseen on hiilidioksidin määrä ilmastossa. 1800-luvulta alkaen hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä on kasvanut, ja on nykyisin ylittänyt jo 400 ppm:n tason, joka on ennennäkemätöntä koko 800 000 vuoden mittaushistorian aikana. Siksi on kiireellistä vähentää hiilidioksidin määrää ilmakehässä ja siten estää hallitsematon maapallon lämpötilan nousu.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan uusia lähestymistapoja hiilidioksidin vähentämiseksi. Luonnollinen fotosynteesi, missä hiilidioksidi ja vesi muuttuvat glukoosiksi ja hapeksi auringonvalon avulla, on innoittanut vastaavia strategioita keinotekoiseen hiilidioksidin vähentämiseen synnyttämällä arvokkaita kemikaaleja, kuten aurinkopolttoaineita. Hiilidioksidin ja veden fotokatalyyttinen pelkistys on saatu aikaan titaanidioksidipinnalla. Valitettavasti titaanidioksidin fotokatalyyttinen aktiivisuus on kuitenkin melko heikko, ja siksi uusia strategioita tarvitaan sen parantamiseksi.

MSc Filipp Temerovin väitöskirjan tavoitteena oli valmistaa titaanidioksidipohjaisia käänteisopaali(IO)-nanorakenteita funktionalisoituna jalometallinanopartikkeleilla, ja parantaa siten fotokatalyyttistä aktiivisuutta.

Työn alussa kehitettiin uusi menetelmä fotokatalyyttisen aktiivisuuden mittaamiseksi kaasufaasissa, joka perustuu orgaanisten molekyylien kuten asetyleeni hajoamiseen. Aikaisemmat menetelmät fotokatalyyttisen aktiivisuuden mittaamiseksi sisälsivät useita keskeisiä haittoja, mistä johtuen uusi menetelmä tarvittiin luotettavan ja toistettavan mittauksen aikaansaamiseksi.

Kolme erilaista titaanidioksidinanorakennetta valmistettiin ja karakterisoitiin: titaanidioksidikäänteisopaali (IO)-nanorakenne pinnoitettuna kulta -, hopea- ja kulta/hopea nanopartikkeleilla, monikerroksinen titaanidioksidi-IO-rakenne kultananopartikkeleilla ja titaanidioksidi-IO-rakenne hopeananopartikkeleilla pinnoitettuna nesteliekkiruiskutusmenetelmällä.

Fotokatalyyttinen aktiivisuus parani kaikissa rakenteissa, kun metallinanopartikkeleita yhdistettiin nanokomposiittimateriaaleihin. Valmistetut titaanidioksidi-IO-rakenteet mahdollistavat tehokkaamman aurinkoenergian hyötykäytön. Tämä voi mahdollistaa esimerkiksi aurinkopolttoaineiden valmistuksen ilman hiilidioksidista, ja siten edesauttaa nykyisen fossiilisiin polttoaineisiin perustuvan talouden muuttumista kestävämmäksi aurinkotaloudeksi, joka tukee sekä taloudellisesti että ekologisesti kestävää kehitystä.

MSc Filipp Temerovin kemian alaan kuuluva väitöskirja Improved photocatalytic activity of TiO2 inverse opal nanostructures tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 19.2. klo 12.15 verkossa. Vastaväittäjänä toimii professori Tapio Fabritius, Oulun yliopisto, ja kustoksena apulaisprofessori Jarkko J. Saarinen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti.

Väittelijän painolaatuinen kuva

Tilaisuus verkossa

Väitöskirja verkossa