Doktorsvörn í efnaverkfræði - Árni Björn Höskuldsson

Doktorsefni: Árni Björn Höskuldsson

Heiti ritgerðar: Tölvuhermanir á rafefnafræðilegri virkjun niturs á hliðarmálmum og oxíðum þeirra.

Andmælendur:
Jan Rossmeisl prófessor við Háskólann í Kaupmannahöfn og Felix Studt prófessor við Tækniháskólann í Karlsruhe.

Leiðbeinandi: Egill Skúlason prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands.

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Helga Dögg Flosadóttir, rannsóknarstjóri (CSO) Atmonia ehf.
Dr. Friðrik Magnus, vísindamaður hjá Eðlisvísindastofnun Háskóla Íslands.

Stjórnandi varnar: Rúnar Unnþórsson, prófessor og deildarforseti Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideildar Háskóla Íslands.

Ágrip

Aukin notkun endurnýjanlegrar orku er lykilþáttur í baráttunni gegn loftslagsbreytingum. Í því samhengi er rafvæðing ýmissa mengandi iðnaðarferla mikilvæg, m.a. framleiðslu ammoníaks (NH3) og saltpéturssýru (HNO3), sem hvoru tveggja eru lykilefni í áburðarframleiðslu. Vegna mikils orkuþéttleika er ammoníak einnig lofandi sem kolefnislaust eldsneyti. Í ritgerð þessari kynnum við niðurstöður rannsókna þar sem yfirborð mögulegra efnahvata til afoxunar og oxunar niturs eru hermd á atómskala með notkun lotubundinnar þéttnifellafræði (DFT). Í fyrsta hluta vörpum við ljósi á samkeppnina milli vetnismyndunar og afoxunar niturs á wolfram rafskauti. Útkoman er í góðu samræmi við þær niðurstöður sem fást með einfaldari varmafræðilíkönum. Sér í lagi finnast engir virkjunarhólar umfram þá varmafræðilegu fyrir milliskref hvarfa þar sem hvarfefni og myndefni bindast á sama virka stað á yfirborðinu. Í öðrum hluta er hið lítt rannsakaða oxunarhvarf niturs (NOR) skoðað á TiO2 rafskauti. Notast er við DFT hermanir með breytilegum fjölda rafeinda, auk þess sem áhrif leysingar eru tekin með í reikninginn á óbeinan hátt, sem gerir okkur kleift að áætla stærð virkjunarhóla við gefna rafspennu. Við sjáum að hvarfgangur NOR er háður hvarfangi súrefnismyndunar, sem er samkeppnishvarf NOR. Í þriðja hluta eru niðurstöður stórtækrar kembileitar á íbættum hliðarmálmsoxíðum í rutile byggingu kynntar. Við sjáum að W íbætt MoO2 er líklegast til þess að hvata afoxun niturs. Frekari reikningar benda þó til þess að vetnismyndun sé ríkjandi við flest spennugildi, þó einhver möguleiki sé á því að ammoníak geti myndast við vissar hvarfaðstæður.

Um doktorsefnið

Árni Björn Höskuldsson lauk grunnnámi í eðlisfræði við Háskóla Íslands árið 2016 og vann í framhaldinu í eitt ár við rannóknir undir handleiðslu Dr. Egils Skúlasonar. Árni lauk meistaranámi í fræðilegri eðlisfræði við ETH Zürich sumarið 2019 og hóf í framhaldinu doktorsnám við HÍ í efnaverkfræði. Meðfram námi hefur Árni kennt eðlisfræði og efnafræði við MR, MH og HÍ.