Syntese, egenskaber og anvendelse af doterede kulstofstrukturer

Denne doktorafhandling fokuserer på udviklingen af ​​nye kulstofmaterialer, deres karakteristik, og anvendelse i energilagring og vandrensning.

De specifikke mål for denne undersøgelse var følgende:(1) udvikle metoder til at fremstille kulstofmaterialer med en grafenlignende struktur, fra billige og vedvarende biomassebaserede prækursorer, (2) at forbedre egenskaberne af kulstof nanomateriale med doping og (3) undersøge anvendeligheden af ​​disse materialer i energilagring og vandrensning.

Forstadier fra biomasse, der blev brugt i syntesen af ​​krystallinske kulstofnanomaterialer, var byghalm og saccharose. Desuden, nanostruktureret SNO ₂ anvendt i SiC/C-syntese blev ekstraheret fra bygskaller. Doping, en proces, der introducerer tilsætningsstoffer på værtens materialestrukturer, blev brugt til at forbedre egenskaberne af kulstofstrukturerne til den ønskede anvendelse. Desuden, undersøgelsen giver en dybere indsigt i materialedannelsen:krystalfase, størrelse, form, og agglomerationstilstand for følgende doterede kulstofmaterialer:guld nanopartikel/kulstof nanoblomst (AuNP/CNF) komposit, kulstofbelagte siliciumnanopartikler (Si@C), grafitbelagt siliciumcarbid (SiC@grafit), og jernindlejret grafen (Fe/grafen).

Det blev observeret, at induktionsudglødning er en nyttig teknik til modifikation af materialeegenskaberne i det store temperaturområde fra 1000 °C for amorft kulstof til 2400 °C for grafitisk kulstof og for at opnå store udbytter. Også, nanostruktureret SiC/C i kombination med yderligere kulstof viste sig at være et levedygtigt materiale til vækst af grafenlignende kulstof ved brug af induktionsudglødning. Tilstedeværelsen af ​​yderligere kulstof syntes ikke at forstyrre dannelsen af ​​det grafenlignende kulstof.

Det syntetiserede Si@C blev testet som et anodemateriale til Li-ion-batterier. På grund af kulstofbelægningen på silicium, det demonstrerede forbedret opladnings-/afladningscyklusstabilitet. Anvendeligheden af ​​den jerndoterede grafen blev testet som adsorbent til fjernelse af tetracyclin fra vandigt medium. Dette materiale udviste en initial tetracyclin-adsorption på 442 mg g-1, som yderligere steg til 660 mg g-1 på grund af komposittens selvregenererende evne.

Ph.d.-afhandlingen af ​​MSc Arūnas Meščeriakovas, med titlen "Syntese, egenskaber og anvendelse af doterede kulstofstrukturer, " vil blive eksamineret på Fakultet for Naturvidenskab og Skovbrug i Finland den 4. juni 2021 kl. 12.00 i Tietoteknia Auditorium, Kuopio Campus.