Doktorsvörn í efnaverkfræði - André Philipp Wark

Doktorsefni:
André Philipp Wark

Heiti ritgerðar:
Könnun á rafhvötun oxunarhvarfa á algengum efnum - samþætting fræða og tilrauna

Andmælendur:
Dr. Jakob Kibsgaard, prófessor viði eðlisfræðideild Tækniháskóla Danmerkur (DTU), Danmörku, dr. Núria López, prófessor við Stofnun Efnafræðirannsókna í Katalóníu (ICIQ), Spáni.

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

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Andrew J. Medford, lektor við deild efna- og lífsameindaverkfræði við tækniháskóla Georgíu, Bandaríkjunum, dr. Hannes Jónsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands.

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

Ágrip:
Hnattræn hlýnun af völdum losunar gróðurhúsalofttegunda vegna brennslu jarðefnaeldsneytis er meðal stærstu áskorana samtímans. Nauðsynlegt er að umbreyta hagkerfinu í átt að sjálfbærari notkun auðlinda, ekki aðeins af umhverfis- og félagslegum ástæðum, heldur einnig hagfræðilegum. Til að takmarka losun gróðurhúsalofttegunda er nauðsynlegt að þróa efnarafala og önnur sambærileg tæki úr ódýrum, óþrjótandi auðlindum. Í þessu samhengi er súrefnismyndunarhvarfið (OER) sem má sér stað á anóðum efnarafala sérlega mikilvægt. Í einu verkefna ritgerðarinnar er OER kannað á há-átttuðu hitahreinsuðu grafíti (HOPG), með og án útfelldra nanólaga mangan-oxíðs (MnO2NS). Með notkun fjölbreyttra greiningar- og rafefnafræðilegra aðferða, s.s. rafefnafræðilegrar smugsjár (n-EC-STM) og þéttnifellafræði (DFT) reikninga, vörpum við ljósi á aukna OER virkni blendingsefnisins. Samkvæmt mælingum okkar á þessi aukna virkni OER upptök sín á mótum HOPG undirlagsins og MnO2NS. Þetta er í samræmi við niðurstöður DFT reikninga, sem eigna súrefnisatómum bundum mangani þessa auknu virkni. Í framhaldi af þessu rannsökuðum við svipað blendingsefni sem samanstendur af kolsýrðu járnþalósýaníni(CFePc) og sáum aukna OER virkni samanborið við HOPG/MnO2NS. Að auki sést aukin OER virkni þegar CFePc er blandað við MnO2NS, sér í lagi við lága yfirspennu. DFT reikningar benda til þess að virknin við lága spennu eigi uppruna sinn á mótum undirlagsins og MnO2NS, en við há spennugildi er CFePc ríkjandi. Að lokum kynnum við niðurstöður rannóknar þar sem notast var við tölvureikninga á samkeppni OER og rafefnafræðilegrar oxunar niturs (NOR) á rutile TiO2 (110) rafskauti. Með notkun þéttnifellafræðireikninga með breytilegum fjölda rafeinda könnum við fýsileika hvarfanna á þessu algenga efni við mismunandi hvarfaðstæður. Niðurstöður okkar sýna fram á jafna samkeppni hvarfanna tveggja, sem ákvarðast af hreyfifræði og uppbyggingu móta rafskauts og raflausnar.

Um doktorsefnið:
André Philipp Wark lauk BSc og MSc prófi í efnafræði frá Háskólanum í Bremen í Þýskalandi árið 2019. Meistararitgerð hans fjallaði um nanóagnir platínu, virkjaðar með amínósýrum, til notkunar á enantio-hreinum vetnunarhvörfum. Hann hóf í framhaldinu stöf sem doktorsnemi við rannsóknarhóp prófessors Egils Skúlasonar við. Í rannsóknum sýnum hefur André, í samstarfi við rannsóknarhópa frá ORIST annars vegar og Tækniháskólanum í München hins vegar, reynt að varpa ljósi á rafefnafræðileg oxunarhvörf með notkun tölvureikninga. Að loknu doktorsnámi mun André stunda rannsóknir sem nýdoktor við Tækniháskólann í Danmörku.