Miðbiksmat í efnaverkfræði - André Philipp Wark

Viðburður á Zoom

Titill: Ný innsýn í efnahvata fyrir rafefnafræðilega drifin oxunarhvörf (New Insights into Catalysts for Electrochemically Driven Oxidation Reactions)

Doktorsefni: André Philipp Wark

Doktorsnefnd:
Dr. Egill Skúlason, prófessor við Iðnaðarverkfræði, vélaverkfræði og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands
Dr. Andrew J. Medford, lektor við Efnaverkfræði og lífsameindaverkfræðideild Tækniháskólans í Georgíu, Bandaríkjunum
Dr. Hannes Jónsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Ágrip

Fjöldi rannsókna hefur verið gerður á eiginleikum oxunarhvarfa m.t.t. (ljós-)rafefnahvötunar þar sem enn virðist margt á huldu um virkni þeirra. [1–6] Enn er deilt um eiginleiga oxunarhvarfs súrefnis (OER), sem þó hefur verið þekkt í um 100 ár. [7] Á undanförnum áratugum hafa hvarfeiginleikar fjölda efnahvata verið kannaðir í leit að hinum fullkomna hvata, en án árangurs. [4] Þrátt fyrir að margt sé enn á huldu hvað varðar hvarfgang OER hefur athygli vísindamanna beinst að öðrum oxunarhvörfum. Þeirra á meðal er oxunarhvarf niturs (NOR), þar sem nitur, N2, er oxað í nítrat, NO3-.[8–11] Fjöldi birtra rannsókna á NOR er enn sem komið er takmarkaður, en mikil þörf er á því að hvötunareiginleikar ákveðinna hópa efnahvata m.t.t. NOR verði skoðaðir. Í þessu rannsóknarverkefni skoðum við bæði OER og NOR. Fyrir OER leitum við að virkum bindistöðum á járn phthalocyanine-mangan oxíði (FePc-MnOx) og grafít-mangan oxíði. [12,13] Sýnt hefur verið með tilraunum að FePc-MnOx er góður efnahvati fyrir OER, með lága yfirspennu. DFT rannsóknir okkar sýna að virkir bindistaðir þess eru á mótum FePc og MnOx og á brúnum MnOx, sem er í góðu samræmi við mælingar. Í seinna verkefninu skoðum við NOR á nokkrum efnum með rutile kristalbyggingu eftir að rannsóknarhópur okkar sýndi að TiO2(110) getur hvarfað NOR frekar en OER. Varmafræðilegar rannsóknir á IrO2(110), RuO2(110) og MoO2(110) sýna að OER geti ýtt undir oxun niturs og annara milliefna NOR.

[1] V. Tripkovic, H. A. Hansen, J. M. Garcia-Lastra, T. Vegge, J. Phys. Chem. C 2018, 122, 1135–1147.
[2] A. J. Tkalych, H. L. Zhuang, E. A. Carter, ACS Catal. 2017, 7, 5329–5339.
[3] Z. Xu, J. Rossmeisl, J. R. Kitchin, J. Phys. Chem. C 2015, 119, 4827–4833.
[4] I. C. Man, H. Y. Su, F. Calle-Vallejo, H. A. Hansen, J. I. Martínez, N. G. Inoglu, J. Kitchin, T. F. Jaramillo, J. K. Nørskov, J. Rossmeisl, ChemCatChem 2011, 3, 1159–1165.
[5] J. Zaffran, M. C. Toroker, ChemPhysChem 2016, 17, 1630–1636.
[6] D. Friebel, M. W. Louie, M. Bajdich, K. E. Sanwald, Y. Cai, A. M. Wise, M. J. Cheng, D. Sokaras, T. C. Weng, R. Alonso-Mori, et al., J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1305–1313.
[7] P. H. Raven, R. F. E. P. H. R. Susan E. Eichhorn, U. R. F. Evert, R. F. Evert, S. E. Eichhorn, U. S. E. Eichhorn, Biology of Plants, W. H. Freeman, 2005.
[8] M. Kuang, Y. Wang, W. Fang, H. Tan, M. Chen, J. Yao, C. Liu, J. Xu, K. Zhou, Q. Yan, Adv. Mater. 2020, 32, 1–7.
[9] M. Anand, C. S. Abraham, J. K. Nørskov, Chem. Sci. 2021, 12, 6442–6448.
[10] C. Dai, Y. Sun, G. Chen, A. C. Fisher, Z. J. Xu, Angew. Chemie - Int. Ed. 2020, 59, 9418–9422.
[11] Z. Sun, R. Huo, C. Choi, S. Hong, T. S. Wu, J. Qiu, C. Yan, Z. Han, Y. Liu, Y. L. Soo, et al., Nano Energy 2019, 62, 869–875.
[12] J. Maruyama, T. Amano, S. Inoue, Y. Muramatsu, N. Yoshizawa, E. M. Gullikson, Chem. Commun. 2018, 54, 8995–8998.
[13] J. Maruyama, S. Maruyama, T. Fukuhara, Y. Takao, K. Miyazaki, Eur. J. Inorg. Chem. 2019, 2019, 4117–4121.