Doktorsvörn í eðlisfræði - Naveed Ashraf

Streymi á Zoom:
https://eu01web.zoom.us/j/69416792652

Doktorsefni: Naveed Ashraf

Heiti ritgerðar:
Endurnýjanleg umbreyting CO2 í grænt eldsneyti

Andmælendur:
Dr. Samira Siahrostami, dósent og aðstoðarforstöðumaður EDI; rannsóknarprófessor af stigi 2 hjá Canada Research Chair í yfirborðsrafhvörfum og rafefnafræðilegum umbreytingum, Efnafræðideild, Simon Fraser háskóla í Vancouver, Kanada
Dr. Ali Coskun, prófessor í Efnafræðideild í Háskólanum í Fribourg, Sviss

Leiðbeinandi:
Dr. Younes Abghoui, rannsóknadósent við Eðlisvísindastofnun Háskóla Íslands
Dr. Einar Örn Sveinbjörnsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Egill Skúlason, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands
Dr. Einar Örn Sveinbjörnsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Doktorsvörn stýrir:
Dr. Birgir Hrafnkelsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar Háskóla Íslands

Ágrip:
Óhófleg losun gróðurhúsalofttegunda hefur valdið verulegri hættu fyrir vistkerfi jarðar og haft mikil áhrif á umhverfið. Vaxandi styrkur koltvíoxíðs (CO₂) vegna notkunar jarðefnaeldsneytis raskar náttúrulegum hringrásum, eykur hlýnun jarðar, veldur bráðnun jökla og leiðir til loftslagsbreytinga. Því er þörf á skjótum aðgerðum til að binda CO₂ og umbreyta því í endurnýjanlegt eldsneyti til að draga úr þessum vanda. Í áratugi hafa vísindamenn unnið að þróun kerfa sem geta fangað CO₂ og umbreytt því í verðmæt efni. Nokkrar aðferðir eru í boði til að breyta CO₂ í verðmæta afurði, þar á meðal lífefnafræðilegar, varmaefnafræðilegar og ljósefnafræðilegar aðferðir. Þó eru rafefnafræðilegar aðferðir sérstaklega hagstæðar þar sem þær geta nýtt endurnýjanlega orku og þar með dregið úr umhverfisspjöllum. Rafhvörf eru talin lykil- og skilvirk tækni til sjálfbærrar framleiðslu eldsneytis og efna með notkun endurnýjanlegra orkugjafa. Þessar aðferðir draga ekki aðeins úr magni CO₂ í andrúmsloftinu heldur eru þær einnig áhrifarík leið til að mæta ört vaxandi orkuþörf með því að breyta fönguðu CO₂ í eldsneyti eins og metan, metanól, etanól o.s.frv. á endurnýjanlegan hátt. Í þessari doktorsritgerð voru notaðar nýjustu aðferðir í þéttleikafallsfræði (e. Density Functional Theory, DFT) til að líkja eftir meira en 30 mismunandi yfirborðum í umbreytingarmálmkarbíðum (e. transition metal carbides, TMC) með steinsaltbyggingu, og í þremur helstu flötum (100), (110) og (111), sem hvata fyrir koltvíoxíð afoxunarhvarf (CO₂RR) og kolmónoxíð afoxunarhvarf (CORR). Auk hefðbundinnar hvarfleiðar var Mars van Krevelen (MvK) hvarfleiðin einnig rannsökuð sem er einstakt fyrir þessi TMC efni vegna kristalbyggingar þeirra. Fyrir CO₂ afoxun með hefðbundinni hvarfleið reyndist (100) flötur vanadíumkarbíðs (VC) reyndist mynda maurasýru við upphafsspennu 0,0 V. (100) flötur þungsteinskarbíðs (WC) sýndi mikla virkni fyrir myndun metanóls við -0,36 V. Á (110) flötum sýndi tantalkarbíð (TaC) framúrskarandi virkni fyrir C1 afurðir, með myndun maurasýru við 0,0 V og metans við -0,21 V. VC (110) flöturinn sýndi einnig tiltölulega mikla virkni fyrir myndun maurasýru (-0,36 V) og metanóls (-0,50 V). WC (110) reyndist vera betri kostur fyrir myndun C2 afurða, svo sem etanóls, etans og etýlens, með tiltölulega lága upphafsspennu upp á -0,65 V. Fyrir CORR sýnir rannsóknin að CO binst yfirborði karbíða með orkulosandi hætti, þar sem TaC (100) og TaC (110) voru spáð að hafa hvatavirkni fyrir myndun metans við -0,32 V og -0,26 V, í sömu röð. Almennt sýnir greining á bindingu CO₂ og CO að CO binst sterkari en CO₂, sem gerir CORR áhugaverðara en CO₂RR á TMC hvötum. Að auki reyndust (111) flötur vera minna áhugaverðir fyrir CO₂ afoxun samanborið við (100) og (110) fleti.

Um doktorsefnið:
Naveed Ashraf fæddist árið 1993 í Samahni, Azad Kashmir í Pakistan. Hann er giftur og eiginkona hans vinnur við Sjúkrahúsið á Akureyri (SAk) sem læknir. Hann lauk meistaraprófi (MSc) í eðlisfræði frá Háskólanum í Poonch í Rawalakot (AJK) árið 2016 og M.Phil.-gráðu í eðlisfræði frá Háskólanum í Gujrat, Pakistan árið 2019. Rannsóknir hans á meistaragráðu í eðlisfræði beindust að tölvureiknirannsóknum á tvívíðum efnum fyrir notkun í litíum-jóna-rafhlöðum. Á árunum 2019 til 2021 starfaði hann sem lektor í eðlisfræði við Háskólanum í Gujrat í Pakistan. Árið 2023 hóf hann doktorsnám í eðlisfræði við Háskóla Íslands undir handleiðslu Dr. Younes Abghoui. Doktorsrannsóknir hans beinist að þróun nýrra hvata með því að nota þéttleikafallsfræðilíkön (DFT) til að umbreyta CO2 í sjálfbæra græna orkugjafa. Á doktorsnámi sínu hlaut hann rannsóknarstyrki frá Vísinda- og nýsköpunarsjóði Orkuveitunnar í Reykjavík (VOR) og Landsvirkjun. Þar að auki hlaut hann Erasmus plús starfsnámsstyrk og starfaði sem gestarannsakandi við Tækniháskólann í Danmörku (DTU) þar sem hann framkvæmdi tilraunir með CO2-afoxun (CO2RR). Rannsóknarvinna hans hefur leitt til nokkurra ritrýndra vísindagreina.