91ÇàÇà²Ý

Väitöskirjan nimi: Porous media modification with atomic layer deposition: Catalyst performance protection with an inert coating on a Cobalt-based Fischer-Tropsch catalyst

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Niko Heikkinen
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Prof. J. Will Medlin, University of Colorado Boulder, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Riikka Puurunen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Atomikerroskasvatus (Atomic layer deposition, ALD) on monipuolinen ohutkalvojen valmistamisen menetelmä. Tässä väitöskirjassa ALD menetelmää käytettiin huokoisten katalyyttimateriaalien muokkaamiseen. ALD:llä voidaan pinnoittaa erilaisia materiaaleja tarkasti hallitulla pintakemisorptiolla.

Väitöskirja voidaan jakaa kahteen aihealueeseen: ALD diffuusio–reaktiomallinnus ja ALD pinnoitettujen katalyyttien testaaminen Fischer-Tropsch reaktiossa. Mallinnuksen osalta sovellettiin osittaisdifferentiaaliyhtälöitä ennustamaan ALD-prosessia huokoisissa materiaaleissa. Kehitetyn diffuusio–reaktiomallin tärkeimpiä tuloksia oli osoittaa eri partikkeligeometrioiden vaikutus ALD prosessiin. Tyypillinen ALD diffuusio–reaktiomallien partikkeligeometria voidaan kuvata levymäisenä kappaleena. Katalyytteihin sopivampia partikkeligeometrioita ovat kuitenkin sylinteri tai pallo. Mallinnustuloksien mukaan, sylinteri ja pallo partikkelin ALD altiste (Pa s) on vain ~1/2 ja ~1/3 levymäiseen partikkeliin verrattuna. Alhaisempi altiste liittyy sylinteri ja pallomaisen partikkelin muotoon, missä pinnoitettava pinta-ala ja tilavuus pienentyy säteenmukaisesti kohti partikkelin keskustaa.

ALD pinnoituksen takia, Fischer-Tropsch aktiiviset koboltti metallipinnat peittyvät osittain tai kokonaan katalyyttipartikkelin ulkokuorella. Aktiivisen metallin uudelleen avaamiseksi ALD pinnoitteen alta tarvitaan pinnoituksen lämpökäsittely. ALD-syklien lisääminen kuitenkin vaikeuttaa pinnoitteen avautumista ja kobolttimetallin paljastumista Fischer-Tropsch reaktiolle. Lisäksi ALD-syklien kasvaessa haluttu C5+ hiilivetyselektiivisyys laski ja ei-toivottu CH4-selektiivisyys kasvoi. Koetulokset kuitenkin osoittivat, että γ-Al2O3 ja TiO2-kantajilla olevien katalyyttien koboltin liukenemista (deaktivoituminen) voidaan estää ALD pinnoitteilla Fischer-Tropsch reaktiossa. Liukenemisen määrä väheni ALD-syklien lisääntyessä.

Avainsanat: atomikerroskasvatus, Fischer-Tropsch synteesi, koboltti, katalyysi, diffuusio-reaktiomallinnus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä):

Yhteystiedot:
niko.heikkinen@vtt.fi
040 484 8751