Environmentally driven hybrid nano composites for Enhanced photocatalysis

Prosjektet er et samarbeid mellom nano-TiO2 produsent Joma International AS og gruppen for nanomaterialer og katalyse ved UiB. Det er essensielt et 3-årig post-doc prosjekt. Prosjektet sikter på å utvikle nye og forbedrede materialer for fotokatalyse, en prosess hvor materialet virker som katalysator og gjør at sollys eller UV-lys kan reagere med og bryte med organiske forurensinger nær materialet. En forbedret fotokatalysator vil til og med kunne føre til at sollys kan splitte vann til hydrogen og oksygen, hvilket vil åpne for en helt ny type teknologi for fornybar energi. Veien til forbedret fotokatalytisk effekt går via hybridmaterialer som kombinerer be beste egenskapene fra to materialer. Arbeidet 2015 fokuserte på syntese av grafen, grafenoksid og 1.generasjon hybridmaterialer, basert på forbedret Hummers metode og andre metoder fra litteraturen. De første syntesene med standardmetoder førte til en grafitt/grafittoksidlag som legger seg rundt TiO2-partiklene og fullstendig blokkerer aktiviteten, selv ved 1:99 vektratio. Det er derimot funnet at relativt enkle steg gir den ønskede transformasjonen til grafenoksid. Et lite gjennombrudd på prosessiden var at samme tilsetningstoff kan fungere både som stabilisator at nanopartiklene under prosessen og som reduksjonsmiddel for grafitt-grafen transformasjonen. Men den ønskede økningen i aktivitet ble ikke oppnådd. I 2016 var fokus på TiO2-silica og leirer. For å gjøre fotokatalyse kompatibelt med organiske materialer som malinger og polymerer, har Joma og UiB samarbeidet om å lage hybrid nanostrukturer som fanger titandioksid nanopartiklet i en beskyttende men åpen struktur, som et bur. Konseptet er at forurensing diffunderer inn i strukturen og brytes ned, samtidig som the fotokatalytiske materialet holdes adskilt fra vertsmaterialet. Tre ulike materialtyper ble testet: hule leirer, syntetiske nanoporøse silikamaterialer, og naturlig forekommende nanostrukturer som diatomitt. Mot slutten av prosjektet kom endelig en gjennombrudd for fotokatalytisk aktivitet, med strukturer som viste en signifikant økning i NOx-nedbryting per gram TiO2. Dette viser potensialet til hybridstrukturene. De beste resultatene ble oppnådd med materialer eller metoder som ikke er egnet for direkte kommersiell oppskalering, men potensialet regnes som bevist. Lærdommen fra prosjektet har også inspirert nye løsninger for å bruke hybrid-strukturer for smart plassering av nanopartikler på kjemiske eller fysiske grensesjikt.

The project encompasses the research stage of the total development cycle, from ideas to labscale prototype materials. The project is a 3 year project running 2014-2016, including 2 years of post-doc work. The project is considered to be fundamental rese arch in nanomaterials for environmental applications. The project will be a close collaboration between Joma and UiB group for nanochemistry and catalysts, where the proximity and overlap of expertise will ensure both parties pull in the same direction. The formal project will focus on materials development and characterization, predictive model building and process development, as well as securing IP. In parallel, Joma will work with potential customers and manufacturers. The project will employ a pos t-doc in the UiB group and involve two professors in addition to the Joma technical staff (up to 4 PhDs). The technical content of the project consists of several work packages: -Literature and prior art searches, publication and patenting -Manufacturing 1st generation graphene-tio2 photocatalysts -Developing new porous superstructures or carriers for photocatalysts -Ongoing characterization of materials developed -Experiment design, predictive model building and definition of model materials -Manufactu re 2nd generation hybrid photocatalysts -Process development (scalability, safety, costefficiency) The project is considered fundamental research on nanomaterials, but with a clear route to commercial applications and the direction of the later stages wi ll be influenced by market demands and customer input.