Disputas: Zubair Masaud

Zubair Masaud skal forsvare avhandlingen sin for graden philosophiae doctor (ph.d.) ved Universitetet i Sørøst-Norge. 

Han har fulgt doktorgradsprogrammet i anvendte mikro- og nanosystemer ved Fakultet for teknologi, naturvitskap og maritime fag.

Alle interesserte ønskes velkommen til prøveforelesning og disputas, enten fysisk eller digitalt.

• Lenke til avhandlingen 

Sammendrag 

Dette doktorgradsarbeidet viser hvordan rent hydrogen og verdifulle drivstoff kan produseres mer effektivt, rimeligere og uten bruk av sjeldne metaller ved å designe katalysatorer på enkeltatomnivå og forbedre elektrolyseprosessen.

Avhandlingen demonstrerer at enkeltstående metallatomer, i stedet for metallpartikler, kan fungere som svært effektive katalytiske aktive seter når de plasseres i et spesialtilpasset lokalt miljø. Ved å integrere individuelle atomer av rikelige grunnstoffer som kobber, nikkel og kobolt i spesialdesignede porøse karbonstrukturer, og ved å kjøre elektrokjemiske reaksjoner med pulserende i stedet for konstant spenning, oppnås betydelige forbedringer både i ytelse og energieffektivitet.

Et sentralt resultat er en kobberbasert katalysator som omdanner karbondioksid til nyttige kjemikalier som etylen og etanol. Dette materialet oppnår over 70 prosent effektivitet, der nesten halvparten av produktene er høyverdige to-karbonforbindelser, og overgår tidligere rapporterte systemer basert på lignende materialer. Viktig er det at denne selektiviteten oppnås uten bruk av edelmetaller, og med svært god stabilitet under drift.

Et annet hovedresultat er knyttet til vannspalting for hydrogenproduksjon. En nikkelbasert enkeltatomkatalysator kombinert med pulserende drift produserer samme mengde hydrogen og oksygen, samtidig som den bruker omtrent 42 prosent mindre elektrisk energi enn konvensjonell, jevn drift. Denne energibesparelsen er stor nok til å ha reell økonomisk betydning og danner grunnlaget for et patent på hydrogenproduksjon som ble innlevert under doktorgradsarbeidet.

Avhandlingen presenterer også en neste generasjons katalysator som inneholder tre koboltatomer per strukturenhet og svært store interne porer. Dette helt nye designet gjør at vann og gassbobler kan bevege seg fritt gjennom materialet, noe som reduserer energitap. Som et resultat kan hydrogen og oksygen produseres ved svært lav spenning kun ved bruk av jordrike grunnstoffer, og ytelsen tilsvarer eller overgår mange katalysatorer basert på kostbare edelmetaller. Dette nye designet kan også inspirere en ny generasjon katalysatorer basert på denne strukturelle tilnærmingen.

Utover selve materialene viser arbeidet at hvordan elektrolysesystemer drives elektrisk er like viktig som hva de består av. Ved å kontrollert veksle spenningen mellom av og på forblir overflatene rene, gassbobler fjernes mer effektivt, og energitap reduseres. Denne innsikten er bredt anvendbar og krever ikke komplekst eller kostbart utstyr.

Samlet sett gir denne forskningen en praktisk oppskrift for bærekraftige elektrokjemiske teknologier: utnytt hvert metallatom effektivt, design ledende og porøse katalysatorstrukturer og driv systemer dynamisk i stedet for statisk. Resultatene er direkte relevante for grønn hydrogenproduksjon, karbonnøytrale drivstoff og fremtidige fornybare energisystemer, og viser mulige veier for å redusere kostnader og energibruk i industriell elektrolyse.