Questa tesi di dottorato si concentra sullo sviluppo di nuovi materiali di carbonio, la loro caratterizzazione, e l'applicazione nello stoccaggio di energia e nella purificazione dell'acqua.

Gli obiettivi specifici di questo studio erano i seguenti:(1) sviluppare metodi per fabbricare materiali in carbonio con una struttura simile al grafene, da precursori economici e rinnovabili a base di biomassa, (2) per migliorare le proprietà del nanomateriale di carbonio con il doping e (3) studiare l'applicabilità di questi materiali nello stoccaggio di energia e nella purificazione dell'acqua.

I precursori originati dalla biomassa utilizzati nella sintesi di nanomateriali di carbonio cristallino erano paglia d'orzo e saccarosio. Per di più, SNO . nanostrutturato ₂ utilizzato nella sintesi di SiC/C è stato estratto dalla buccia d'orzo. Doping, un processo che introduce additivi sulle strutture del materiale ospite, è stato utilizzato per migliorare le proprietà delle strutture in carbonio per l'applicazione desiderata. Per di più, lo studio fornisce una visione più approfondita della formazione del materiale:fase cristallina, dimensione, forma, e stato di agglomerazione dei seguenti materiali di carbonio drogati:composito nanoparticelle d'oro/nanofiore di carbonio (AuNP/CNF), nanoparticelle di silicio rivestite di carbonio (Si@C), carburo di silicio ricoperto di grafite (SiC@grafite), e grafene inglobato nel ferro (Fe/grafene).

È stato osservato che la ricottura ad induzione è una tecnica utile nella modifica delle caratteristiche del materiale nell'ampio intervallo di temperatura da 1000 °C per il carbonio amorfo a 2400 °C per il carbonio grafitico e per ottenere grandi rese. Anche, SiC/C nanostrutturato in combinazione con carbonio aggiuntivo è risultato essere un materiale praticabile per la crescita di carbonio simile al grafene quando si utilizza la ricottura a induzione. La presenza di carbonio aggiuntivo sembrava non interferire con la formazione del carbonio simile al grafene.

Il Si@C sintetizzato è stato testato come materiale anodico per batterie agli ioni di litio. A causa del rivestimento in carbonio sul silicio, ha dimostrato una migliore stabilità del ciclo di carica/scarica. L'applicabilità del grafene drogato con ferro è stata testata come adsorbente per la rimozione della tetraciclina dal mezzo acquoso. Questo materiale ha mostrato un assorbimento iniziale di tetraciclina di 442 mg g-1, che è ulteriormente aumentato a 660 mg g-1 a causa della capacità di autorigenerazione del composito.

La tesi di dottorato di MSc Arūnas Meščeriakovas, intitolato "Sintesi, caratteristiche e applicazione delle strutture in carbonio drogato, " sarà esaminato presso la Facoltà di Scienze e Forestali Finlandia il 4 giugno 2021 alle ore 12 presso l'Auditorium Tietoteknia, Campus Kuopio.