Väitös mikro- ja nanotekniikan alalta, M.Sc. Camilla Tossi

M.Sc. Camilla Tossi väittelee perjantaina 7.5.2021 klo 12 Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa, elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella. Väitöskirjan nimi on "Nanomaterials for photoelectrochemical and photocatalytic conversion of solar energy".

Vastaväittäjä: Prof. Guido Mul, University of Twente, The Netherlands
Vastuuprofessori: Prof. Ilkka Tittonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa, jonne voi liittyä vapaasti: https://aalto.zoom.us/j/67885143891
Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen: https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53

Väitöstiedote:

Yksi 2000-luvun keskeisistä haasteista on vähentää väestön hiilijalanjälkeä, joka suurentuu väestönkasvun lisäksi myös lisääntyvän resurssien kulutuksen ja kasvavien päästöjen takia. Tähän haasteeseen voidaan vastata kehittämällä uusiutuvia energialähteitä ja vähentämällä saasteiden vaikutuksia ilmakehässä ja valtamerissä: aurinkoenergia voi toimia osana molempia ratkaisuja.

Auringonvaloa voidaan hyödyntää paitsi aurinkopaneelien tuottamana sähkönä myös kemiallisena energiana jakamalla vesi hapeksi ja vedyksi. Prosessi on mahdollista sähkövarausten ansiosta, jotka syntyvät fotonien absorboituessa puolijohteeseen: veden hajottaminen auringonvalolla voidaan siten toteuttaa fotokatalyyttisten ja fotoelektrokemiallisesti aktiivisten puolijohteiden, kuten GaAs:n ja metallioksidien, pinnalla. Syntynyt vety voidaan joko käyttää polttoaineena tai syöttää edelleen kemiallisiin, biokemiallisiin ja biologisiin prosesseihin. Lisäksi nämä materiaalit soveltuvat suoraan vähentämään hiilidioksidia ja hajottamaan epäpuhtausyhdisteitä. Todellinen haaste on tehdä niistä riittävän kestäviä ja tehokkaita käytännön sovelluksiin: materiaalien on oltava laajalti saatavilla, valmistusprosessien on oltava ympäristöystävällisiä ja tuotettu energia on voitava varastoida tehokkaasti.

Tässä väitöskirjassa käsitellään nanotekniikan hyödyntämistä joidenkin näiden materiaalien valmistuksessa ja käytössä: puolijohteen seostamisen ja ohutkalvojen tai nanohiukkasten lisäämisen puolijohteen pinnalle havaitaan johtavan lisääntyneeseen auringonvalon muuntumiseen sähkövarauksiksi ja parempaan varausten kuljetukseen puolijohteen ja veden välisen rajapinnan yli. Erityistapauksissa nanohiukkaset voidaan lisätä pintaan fotokemiallisella prosessilla, joka tunnetaan nimellä fotodepositio. Prosessissa käytetään myrkyttömiä prekursoreita ja hyödynnetään auringonvaloa tärkeimpänä liikkeellepanevana voimana. Fotodepositiolla voidaan valmistaa materiaaleja energian keräämiseksi ja epäpuhtauksien hajoamiseksi, ja lisäksi tehdä se tavalla, joka minimoi saastumisen ja hyödyntää uusiutuvia energianlähteitä.

Kehitettyjen nanomateriaalien käyttötarkoituksia ovat vedyntuotanto, epäpuhtauksien hajottaminen vedestä ja ilmasta sekä bakteerien kasvattaminen käyttämällä veden hajotuksessa syntyvää vetyä ja ilmasta kerättyä hiilidioksidia. Erityiset bakteerit muuntavat vetyä ja hiilidioksidia proteiinilähteiksi ja erikoistuotteiksi siten yhdistäen aurinkoenergiaa, ympäristön kunnostamista ja elintarviketuotantoa.

Väittelijän yhteystiedot: