Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Δημήτριος Ζαγοραίος

Τίτλος Παρουσίασης (Presentation Title): Ηλεκτροχημική Ενίσχυση Νανοδιεσπαρμένων Καταλυτών
Presentation Type (Τύπος Παρουσίασης): Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής
Ονοματεπώνυμο Ομιλητή (Speakers Full Name): Δημήτριος Ζαγοραίος
Προέλευση Ομιλητή (Speakers Affiliation): Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Χημικών Μηχανικών
Seminar Room (Αίθουσα): Βιβλιοθήκη "Αλκιβιάδης Χ. Παγιατάκης"
Ημερομηνία: Τρί, 08 Ιουν 2021, Ώρα: 11:00 - 14:00
Διεύθυνση Διαδικτυακής Μετάδοσης: https://upatras-gr.zoom.us/j/99272528939?pwd=d0xNRkErTDhuVXFDcWs4MWtDaHZKZz09 < /div>
Περίληψη (Abstract)

Εδώ και περίπου τέσσερεις δεκαετίες το φαινόμενο της Ηλεκτροχημικής Ενίσχυσης (Η.Ε.) της Κατάλυσης έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε περισσότερες από 100 καταλυτικές αντιδράσεις για τη μεταβολή της καταλυτικής ενεργότητας και εκλεκτικότητας. Το φαινόμενο αυτό βασίζεται στη τροποποίηση του έργου εξόδου ενός καταλύτη, εξαιτίας της ηλεκτροχημικής μετανάστευσης ιόντων από το εσωτερικό ενός στερεού ηλεκτρολύτη προς τη διεπιφάνεια καταλύτη/αερίου, όπου και σχηματίζεται μια “ισοδύναμη” διπλοστοιβάδα.

Η πλειονότητα των μελετών Η.Ε. έχει πραγματοποιηθεί σε καταλύτες/ηλεκτρόδια ευγενών μετάλλων, τα οποία παρασκευάζονται από οργανομεταλλικές πάστες ή τη μέθοδο του υγρού εμποτισμού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την επίτευξη χαμηλής ενεργού καταλυτικής επιφάνειας και μεταλλικής διασποράς, καθώς και την αύξηση του συνολικού κόστους της διεργασίας. Με γνώμονα τα παραπάνω, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται τη χρήση υποστηριγμένων μεταλλικών νανοσωματιδίων, αλλά και την αξιοποίηση μη-ευγενών μετάλλων μετάπτωσης σε πειράματα ηλεκτροχημικής ενίσχυσης. Απώτερος στόχος της εν λόγω εργασίας είναι αρχικά η μελέτη του φαινομένου σε καταλύτες που χρησιμοποιούνται εκτενώς στην καταλυτική βιομηχανία, και κατόπιν η επέκταση του σε πρακτικές εφαρμογές.

Tο πρώτο μέρος της Διδακτορικής Διατριβής έχει ως στόχο τη σύνθεση, τον χαρακτηρισμό και εν τέλει τη χρήση υποστηριγμένων (νανοδιεσπαρμένων) καταλυτών ως ηλεκτρόδια εργασίας σε πειράματα ηλεκτροχημικής ενίσχυσης. Η πρωτοτυπία της εργασίας αυτής έγκειται στην αρχιτεκτονική των παρασκευαζόμενων ηλεκτροδίων και στην απλοποίηση της διαδικασίας εναπόθεσης τους στην επιφάνεια του στερεού ηλεκτρολύτη. Προτείνεται λοιπόν η απευθείας εναπόθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων υποστηριζόμενα σε έναν ημιαγωγό (επίσης υπό τη μορφή νανοσωματιδίων), με δυνατότητα εμφάνισης μικτής (ιοντικής-ηλεκτρονιακής) αγωγιμότητας σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες λειτουργίας. Η ικανότητα αυτή επιτρέπει στον υποστηριγμένο καταλύτη να συμπεριφέρεται ως ένα ηλεκτρόδιο, εξυπηρετώντας έτσι τις ανάγκες του φαινομένου. Πειράματα πραγματοποιήθηκαν τόσο σε αντιδράσεις οξείδωσης (οξείδωση του μεθανίου (CH4)), όσο και υδρογόνωσης (υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2)). Πιο συγκεκριμένα, για την αντίδραση πλήρους καύσης του CH4 μελετήθηκε ο υποστηριγμένος καταλύτης 5% Pd/Co3O4, ενώ για την αντίδραση υδρογόνωσης του CO2 μελετήθηκαν ο υποστηριγμένος καταλύτης 2% Ru/Co3O4, καθώς και τα ελεύθερα Ru NPs. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, ο ημιαγωγός λειτουργεί ως ένα “μονοπάτι” διάχυσης των ιόντων από τον στερεό ηλεκτρολύτη προς τα μεταλλικά νανοσωματίδια. Παράλληλα, οι εν λόγω καταλύτες θεωρούνται ήδη ενισχυμένοι (μέσω των αναπτυσσόμενων αλληλεπιδράσεων μετάλλου-φορέα) και η παρατηρούμενη ηλεκτρο-ενίσχυση τους είναι αποτέλεσμα της μεγαλύτερης και ηλεκτροχημικά ελεγχόμενης κάλυψης του ηλεκτροδίου με προωθητικά ιόντα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης η σταθερότητα των καταλυτών αυτών, καθώς μετά το πέρας των πειραμάτων τόσο το μέγεθος, όσο και η διασπορά των μεταλλικών νανοσωματιδίων δεν μεταβάλλονται σημαντικά, σε αντίθεση με τις κλασσικές μεθόδους εμποτισμού ή επάλειψης μετάλλου.

Το δεύτερο μέρος της παρούσας Διατριβής αποσκοπεί στην εκτενή μελέτη και χρήση μη-ευγενών μετάλλων μετάπτωσης ως ηλεκτρόδια εργασίας σε πειράματα ηλεκτροχημικής ενίσχυσης. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι διπλός. Από τη μία στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους του φαινομένου της Η.Ε., ενώ παράλληλα αξιοποιεί τις ξεχωριστές ιδιότητες που παρουσιάζει αυτή η κατηγορία μετάλλων, όπως είναι η δυνατότητα μεταβολής της οξειδωτικής τους κατάστασης. Πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ελεύθερα νανοσωματίδια Co και Ni κατά την RWGS αντίδραση. Με βάση το σύνολο των ηλεκτροκαταλυτικών πειραμάτων και φυσικοχημικών τεχνικών (XPS και CV) διαπιστώνεται ότι μέσω του φαινομένου της Η.Ε. είναι δυνατός ο in-situ σχηματισμός μεταλλοξειδίων, μεταβάλλοντας σημαντικά την καταλυτική ενεργότητα και εκλεκτικότητα. Τα σχηματιζόμενα οξείδια διαφέρουν, όχι μόνο ως προς το σθένος του μετάλλου, αλλά και ως προς την κρυσταλλική τους δομή και το έργο εξόδου. Τιμές ποσοστιαίας αύξησης του ρυθμού έως και 700% παρατηρήθηκαν, ενώ ο χρόνος πόλωσης του δείγματος φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά την αναλογία των σχηματιζόμενων επιφανειακών οξειδίων. Η ξεχωριστή φύση των μη-ευγενών μετάλλων μετάπτωσης, καθιστά τη μελέτη τους ιδιαίτερα ελκυστική και ελπιδοφόρα για την in-situ ενεργοποίηση καταλυτών μέσω του φαινομένου της Ηλεκτροχημικής Ενίσχυσης και της παλμικής επιβολής δυναμικών.

Σύντομο Βιογραφικό Ομιλητή (Speakers Short CV)

ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

2017 – Σήμερα: Υποψήφιος Διδάκτορας, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Πανεπιστήμιο Πατρών

2012 – 2017: Δίπλωμα Χημικού Μηχανικού (9.43/10), Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών

 

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΔΙΕΘΝΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΠΕΡΙΟΔΙΚΑ

  1. Kalaitzidou, D. Zagoraios, S. Brosda, A. Katsaounis, P. Vernoux, C.G. Vayenas, Materials Today: Proceedings, 5 (2018) 27345-27352.
  2. D. Zagoraios, A. Athanasiadi, I. Kalaitzidou, S. Ntais, A. Katsaounis, A. Caravaca, P. Vernoux, C.G. Vayenas, Catalysis Today, 355 (2020) 910-920.
  3. D. Zagoraios, C. Panaritis, A. Krassakopoulou, E. A. Baranova, A. Katsaounis, C.G. Vayenas, Applied Catalysis B: Environmental, 276 (2020) 1191482-119159.
  4. D. Zagoraios, S. Tsatsos, S. Kennou, C. G. Vayenas, G. Kyriakou, A. Katsaounis, ACS Catalysis, 10 (2020) 14916–14927.
  5. D. Grigoriou, D. Zagoraios, A. Katsaounis, C.G. Vayenas, Catalysis Today, 363 (2021) 122-127.

 

ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΣΕ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ

2018 – 2021: Τίτλος Έργου: «Κλιμάκωση μεγέθους της Ηλεκτροχημικά Ενισχυόμενης Καταλυτικής Υδρογόνωσης του CO2 προς παραγωγή καυσίμων», ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ: CO2 TO FUELS, Κωδικός Έργου: Τ1ΕΔΚ-01631, ΕΠΑνΕΚ 2014 – 2020. Συγχρηματοδότηση Ελλάδας – Ευρωπαϊκής Ένωσης

 

ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ/ΒΡΑΒΕΥΣΕΙΣ

  • Βραβείο καλής επίδοσης «Αλκιβιάδη Χ. Παγιατάκη» κατά το ακαδημαϊκό έτος 2012-2013 του Τμήματος Χημικών Μηχανικών (Πάτρα, 20 Ιανουαρίου 2015).
  • Βραβείο καλής επίδοσης «Τμήμα Χημικών Μηχανικών» κατά το ακαδημαϊκό έτος 2015-2016 του Τμήματος Χημικών Μηχανικών (Πάτρα, 31 Ιανουαρίου 2017).
  • Βραβείο Αριστείας από το Ίδρυμα Limmat Foundation της Ζυρίχης ως απόφοιτο του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών κατά το ακαδημαϊκό έτος 2016-2017 με τον μεγαλύτερο βαθμό πτυχίου στο έτος (Πάτρα, 20 Δεκεμβρίου 2017).
  • Έπαινος ως αριστεύσαντας απόφοιτος του Πανεπιστημίου Πατρών κατά το ακαδημαϊκό έτος 2016-2017 (Πάτρα, 30 Ιανουαρίου 2018).
  • Τιμητικό βραβείο από το Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας (ΤΕΕ) ως πρώτο απόφοιτο του Τμήματος Χημικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών κατά το ακαδημαϊκό έτος 2016-2017 (Αθήνα, 12 Δεκεμβρίου 2018).