26. augustil kell 10.15 kaitseb Marek Mooste oma doktoritööd „Surface and electrochemical characterisation of aryl film and nanocomposite material modified carbon and metal-based electrodes” (“Arüülkilede ja nanokomposiitmaterjalidega modifitseeritud süsinik- ja metallelektroodide pinna ja elektrokeemiliste omaduste karakteriseerimine“). Doctor of Philosophy (PhD) kraadi saamiseks keemia erialal.
Juhendajad:
Dotsent Kaido Tammeveski (PhD), TÜ keemia instituut
Teadur Elo Kibena-Põldsepp (PhD), TÜ keemia instituut
Oponent:
Prof. Lasse Murtomäki, Aalto Ülikool, Soome
Kokkuvõte:
Käesoleva doktoritöö eesmärk oli valmistada ja uurida arüülkiledega modifitseeritud süsinik- ja metallelektroodide ning mitteväärismetallidel põhinevate katalüsaatormaterjalide pinna- ja elektrokeemilisi omadusi. Valmistatud elektroodide pinda iseloomustati erinevate füüsikaliste ja elektrokeemiliste meetoditega (röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS), aatomjõumikroskoopia (AFM), tsükliline voltamperomeetria ja pöörleva ketaselektroodi meetod (RDE)). Doktoritöö esimene ja teine osa kirjeldavad süsinik- ja metallelektroodide spontaanset ja ka elektrokeemilist modifitseerimist 9,10-antrakinooni (AQ) ja 4-nitrofenüülrühmadega (NP) diasooniumisoolade redutseerumise meetodil. Elektrokeemiliseks modifitseerimiseks kasutati nii „tavalist“, redokspookimise kui ka esmakordselt redokspookimise ja RDE kombineeritud meetodit. XPS ja AFM analüüsil tehti kindlaks arüülrühmade olemasolu elektroodidel ning lisaks uuriti nende mõju hapniku redutseerumisreaktsioonile ja elektroodi pinna blokeerumist arüülkile tõttu Fe(CN)63-/4- redokspaari suhtes. Tehti kindlaks, et paksemate ja suurema elektroaktiivsete arüülrühmade hulgaga kilede valmistamiseks oli kõige sobivam redokspookimise ja RDE kombineeritud meetod. Antud meetodit kasutades valmistati suurima teadaoleva elektroaktiivsete AQ rühmade pindkontsentratsiooniga modifitseeritud klaassüsinik, Au ja Cu elektroodid ning samuti kõige paksem arüülkile käesolevas doktoritöös (47 nm), mis saadi NP kilega Cu elektroodi korral. Doktoritöö viimases osas uuriti elektrokedratud polümeeridel põhinevaid süsiniknanotorudega komposiitmaterjale ja ränioksükarbiidil põhinevaid materjale eesmärgiga kasutada neid mitteväärismetallkatalüsaatoritena hapniku redutseerumisreaktsioonil. Kõige aktiivsem katalüsaatormaterjal saadi ränioksükarbiidil põhinevate materjalide puhul, mis sisaldas siirdemetalli (Co) ja lämmastikku. Sellel katalüsaatoril toimus hapniku redutseerumine 4-elektronilise protsessina, mis on oluline kütuseelemendis rakendamise seisukohalt. Antud katalüsaatormaterjali hapniku redutseerumise aktiivsuse olulisimaks põhjuseks leiti olevat materjali struktuuri pürolüüsi käigus viidud aktiivsed lämmastikurühmad ja siirdemetall.