Seminarium Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej
10 kwietnia (piątek) o godz. 12:15 w sali 2/07 (CNA)
dr inż. Marta Prześniak-Welenc
Zakład Elektrochemii i Fizykochemii Powierzchni
Instytut Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Gdańska
wygłosi wykład pt.: ”Inżynieria strukturalna wybranych brązów tlenku wanadu jako narzędzie kształtowania ich właściwości elektrochemicznych i fotokatalitycznych”, który związany jest z planowanym wszczęciem przewodu habilitacyjnego.
Abstrakt:
Brązy tlenku wanadu stanowią grupę materiałów warstwowych, w których właściwości funkcjonalne wynikają ze sprzężenia pomiędzy strukturą krystaliczną, chemią międzywarstwową oraz stanem utlenienia wanadu. Silna zależność pomiędzy tymi parametrami utrudnia jednak ich świadome kształtowanie, co ogranicza możliwości projektowania materiałów o zadanych właściwościach.
Punktem wyjścia prowadzonych badań była analiza procesów krystalizacji w warunkach hydrotermalnych, w której wykazałam, że oprócz klasycznych parametrów chemicznych istotną rolę odgrywają również parametry fizyczne, takie jak ciśnienie początkowe oraz morfologia prekursora. Wyniki te pozwoliły na identyfikację dodatkowych stopni swobody w kształtowaniu struktury oraz mikroarchitektury wanadanów.
Na tej podstawie opracowałam spójną strategię inżynierii strukturalnej brązów wanadu, opartą na kontroli przebiegu krystalizacji oraz świadomym kształtowaniu koncentracji defektów. Kluczowym elementem tej strategii jest autorska metoda syntezy LPE-IonEx (Liquid Phase Exfoliation–Ion Exchange), umożliwiająca prowadzenie procesów w warunkach niskotemperaturowych oraz kontrolę składu fazowego, morfologii i chemii międzywarstwowej materiałów. W odróżnieniu od klasycznych metod hydrotermalnych podejście to umożliwia dostęp do stechiometrii oraz stopnia zdefektowania powierzchni niedostępnych w warunkach równowagowych.
Wykazałam, że właściwości funkcjonalne brązów tlenku wanadu determinowane są przez współzależne oddziaływanie mikrostruktury, środowiska międzywarstwowego oraz stosunku V4+/V5+, który może być kontrolowany poprzez odpowiedni dobór parametrów syntezy. Pozwala to na bardziej świadome kształtowanie transportu ładunku, aktywności redoks oraz reaktywności powierzchni.
Zaproponowane podejście umożliwia otrzymywanie materiałów o podwyższonej aktywności w procesach magazynowania energii oraz fotokatalizy w świetle widzialnym. W szczególności wykazałam, że materiały o kontrolowanej koncentracji defektów, takie jak KV3O8, charakteryzują się szybką odpowiedzią fotokatalityczną.
Przeprowadzone badania prowadzą do sformułowania spójnego opisu zależności struktura–właściwości–funkcja w układach wanadanowych oraz wskazują, że kontrola przebiegu krystalizacji i stopnia zdefektowania stanowi skuteczne narzędzie projektowania zaawansowanych materiałów tlenkowych o złożonej funkcjonalności.