Peeter Valk kaitseb doktoritööd „Methanol oxidation on platinum-rare-earth metal oxide activated catalysts“

31. august kell 10.15 kaitseb Peeter Valk keemia erialal doktoritööd „Methanol Oxidation on Platinum-Rare-Earth Metal Oxide Activated Catalysts“ („Metanooli oksüdeerumine plaatina-haruldase muldmetalli oksiidiga aktiveeritud katalüsaatoritel“).

Juhendajad:

füüsikalise ja elektrokeemia kaasprofessor Jaak Nerut, Tartu Ülikool

füüsikalise keemia professor Enn Lust, Tartu Ülikool

Oponent:

Mihails Kusnezoff, Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (Saksamaa)

Kokkuvõte

Kütuseelemendid on seadmed rohelise energia tootmiseks. Roheline vesinik on juba üpris levinud. Rohelist metanooli toodetakse kinnipüütud CO2-st taastuvenergia abil. Vesinik-kütuseelementides tekib jäägina vesi. Metanooli puhul lisaks ka CO2 - tegu on sama CO2-ga, millest toodeti roheline metanool. See on kui null-summa mäng. Mis kasu on null-summa mängust? Sest nulliring on vaid CO2 puhul. Kasu tekib üleliigse taastuvenergia salvestamisest metanoolina, mida saab kasutada rohelise energia tootmiseks, kui energiat on puudu. Kütuseelemendid ei tekita ohtlikke nanoosakesi ega ühendeid, mis põhjustavad sudu ja happevihmu. Metanool-kütuseelemendi väljundist saab CO2 taassiduda. Kütuseelemendis on vaja Pt katalüsaatori nanoosakesi, mis kiirendavad reaktsioone. Mida väiksem on osake, seda suurem on pind reaktsioonide toimumiseks. Töö üks eesmärke oli Pt nanokatalüsaatorite süntees. On erinevaid mooduseid, kuidas neid valmistada: näiteks etüleenglükooli ning mikrolaineahju abil saab sadestada sobivaid Pt nanoosakesi, samuti plaatina ühendite kuumutamisel vesinikus. Nanoosakesed sadestati süsinikkandjale, mis juhib elektrit ja võimaldab reagentide liikumist kütuseelemendis. Tartu Ülikoolis valmistatud süsinikmaterjalidel on hea elektrijuhtivus, stabiilsus ning suur eripind. Pt on hea katalüsaator metanooli oksüdeerimiseks, kuid Pt hoiab mõnd vaheühendit oma pinnal liiga tugevasti kinni. Need ühendid tuleb pinnalt puhastada. Üks kallis variant selleks on ruteeniumi kasutamine. Selles töös uuriti odavamate haruldaste muldmetallide oksiidide kasutusvõimalusi. Tseeriumi või praseodüümi oksiidide sadestamiseks süsinikule koos Pt nanoosakestega uuriti erinevaid meetodeid. Parimad tulemused saavutati kuumutades praseodüümhüdroksiidi inertgaasis 1100 kraadini. Pt sadestati vesinikuga redutseerides madalamal temperatuuril. Katalüsaator koosnes väikestest hästi jaotunud Pt nanoosakestest ning eri vormides olevatest praseodüümoksiidi nanovarrastest. Need katalüsaatorid kiirendavad efektiivselt metanooli oksüdeerimist, kuna on tagatud Pt pinna puhastumine. Haruldase muldmetalli oksiidi pinnale adsorbeeruvad hapnikku sisaldavad ühendid, mis difundeeruvad Pt pinnale ja puhastavad selle. Tekib CO2, mis lahkub pinnalt, ning roheline tsükkel jätkub.

Kaitsmist saab jälgida ka Teamsis.