Hiilinanoputki- ja titaanidioksidinanojohdinpohjaisten katalyyttien stabiilius: Synteesistä sovelluksiin

Väitöskirjassa tutkittiin hiilinanoputkia sekä titaanidioksidinanojohtimia, yksiulotteisia nanomateriaaleja, ja verrattiin niiden rakenteellista ja toiminnallista stabiiliutta perinteisiin vastineisiin. Jopa 90 % kaikista materiaalien valmistus- ja jalostusreaktioista on katalyyttisia prosesseja, minkä vuoksi uusien ja kestävämpien katalyyttimateriaalien kehitys on jatkuvasti käynnissä. Katalyyttitukimateriaalin pilaantuminen ja katalyyttinanopartikkelien koon kasvaminen johtavat siihen, että katalyyttiset materiaalit eivät enää toimi, mikä voi aiheuttaa sekä vakavia taloudellisia että ympäristöhaittoja.

Hiilipohjaisista tukimateriaaleista hiilinanoputket osoittautuivat perinteisiä hiilipohjaisia tukimateriaaleja lämpötilakestävämmäksi, mutta olivat kuitenkin herkempiä korkeille lämpötiloille kuin metallioksidi tukimateriaalit. Tutkimuksissa selvisi, että hiilinanoputkipohjaiset katalyytit voivat menettää aktiivisuutensa tukimateriaalin katalyyttisen hapettumisen tai hajoamisen vuoksi jo kohtalaisissa lämpötiloissa. Tämä asettaa rajoitteita hiilinanoputkipohjaisten katalyyttien käyttöolosuhteille.

Valmistettuja nanomateriaaleja käytettiin onnistuneesti kolmessa eri sovelluksessa: 1) vedyn valmistuksessa etanolista höyryreformointireaktiolla, 2) hienokemikaalien valmistuksessa sitraalin vedytyksellä sekä 3) elektrodimateriaalina superkondensaattorissa. Sekä hiilinanoputki- että TiO2-nanojohdinpohjaiset katalyytit toimivat testatuissa katalyyttisissa reaktioissa paremmin kuin niiden perinteiset vastineet. Superkondensaattorisovelluksessa hiilinanoputkien ominaiskapasitanssia onnistuttiin nostamaan kasvattamalla putkien ominaispinta-alaa yksinkertaisella hapetusreaktiolla.