Kredit:Östra Finlands universitet
Denna doktorsavhandling fokuserar på utvecklingen av nya kolmaterial, deras karaktärisering, och tillämpning inom energilagring och vattenrening.
De specifika målen för denna studie var följande:(1) utveckla metoder för att tillverka kolmaterial med en grafenliknande struktur, från billiga och förnybara biomassabaserade prekursorer, (2) att förbättra egenskaperna hos kolnanomaterial med dopning och (3) undersöka användbarheten av dessa material vid energilagring och vattenrening.
Prekursorer från biomassa som användes vid syntesen av kristallina kolnanomaterial var kornhalm och sackaros. Vidare, nanostrukturerad SNO 2 som användes i SiC/C-syntes extraherades från kornskal. Doping, en process som introducerar tillsatser på värdmaterialets strukturer, användes för att förbättra egenskaperna hos kolstrukturerna för den önskade tillämpningen. Vidare, studien ger djupare insikt i materialbildningen:kristallfas, storlek, form, och agglomerationstillstånd för följande dopade kolmaterial:guld nanopartikel/kol nanoflower (AuNP/CNF) komposit, kolbelagda kiselnanopartiklar (Si@C), grafitbelagd kiselkarbid (SiC@grafit), och järninbäddad grafen (Fe/grafen).
Det observerades att induktionsglödgning är en användbar teknik vid modifiering av materialegenskaperna i det stora temperaturområdet från 1000 °C för amorft kol till 2400 °C för grafitkol och för att erhålla stora utbyten. Också, nanostrukturerad SiC/C i kombination med ytterligare kol visade sig vara ett livskraftigt material för tillväxt av grafenliknande kol vid användning av induktionsglödgning. Närvaron av ytterligare kol verkade inte störa bildandet av det grafenliknande kolet.
Den syntetiserade Si@C testades som ett anodmaterial för Li-ion-batterier. På grund av kolbeläggningen på kisel, den visade förbättrad laddnings-/urladdningscykelstabilitet. Tillämpligheten av den järndopade grafenen testades som adsorbent för avlägsnande av tetracyklin från vattenhaltigt medium. Detta material uppvisade en initial tetracyklinadsorption på 442 mg g-1, vilket ytterligare ökade till 660 mg g-1 på grund av kompositens självregenererande förmåga.
Doktorsavhandlingen av MSc Arūnas Meščeriakovas, med titeln "Syntes, egenskaper och tillämpning av dopade kolstrukturer, " kommer att examineras vid Naturvetenskapliga fakulteten i Finland den 4 juni 2021 kl. 12.00 i Tietoteknia Auditorium, Kuopio Campus.
