Faglig innhold

Emnet starter med utledning av termodynamiske drivkrefter og kinetikken ved kimdanning og vekst av nanopartikler, med fokus på utfelling fra løsninger. Ulike mekanismer for kimdanning og krystallvekst danner grullaget for design av ulike partikkelpopulasjoner, sammen med strategier for å kontrollere partikkelstørrelse (og -distribusjon). Den klassiske krystalliseringsteorien presenteres som den grunnleggende teoretiske bakgrunnen, og nylig fremkomne alternative hypoteser blir diskutert.

Syntese og funksjonalisering av metalliske og polymere nanopartikler vil bli presentert med forståelse for hvordan veksten kan styres ved å justere synteseparametere. Funksjonalisering av partikkeloverflater for å skreddersy dem mot bestemte applikasjoner, vil bli gjennomgått. Løsningsbaserte karakteriseringsteknikker vil bli diskutert fra grunnleggende prinsipper som er relevante for slike nanomaterialer.

Notasjonen for beskrivelse av krystallinske overflater og deres relevans som katalysatorer og nanopartikkel-modellsystemer blir presentert. Eksperimentelle prinsipper og teknikker for å bestemme overflatestruktur og overflateareal, morfologi, sammensetning og krystallstruktur, blir introdusert. Metoder for fabrikasjon av katalysatorer og (porøse) bærere basert på utfelling blir presentert, sammen med metoder med relevans for katalysatorenes nanostruktur og mikroporøsitet.

Et prosjektarbeid utføres som en del av emnet, som involverer fabrikasjon og karakterisering av nanomaterialer for å støtte læringsutbyttet via praktisk erfaring.

Læringsutbytte

Etter endt emne skal studentene kunne:

- Forstå grunnlaget og drivkreftene som er nødvendige for produksjon av nanopartikler.

- Beskrive ulike mekanismer for kimdanning og vekst av amorfe og krystallinske nanopartikler i forhold til den termodynamiske drivkraften og effektive parametere.

- Beregne kimdannings- og veksthastigheter for nanopartikler.

- Foreslå måter for å skreddersy nanopartikkelpopulasjoner i form av utfellende fase, faserenhet, partikkelstørrelse, partikkelstørrelsesfordeling og morfologi, basert på endringer i viktige systemparametere og valg av metode.

- Forstå hvordan overflatefunksjonalisering kan endre sluttbruk / applikasjoner av nanomaterialer.

- Forstå de underliggende prinsippene og begrensningene ved karakteriseringsteknikker som ofte brukes til å studere nanostrukturer, inkludert nanostrukturer i løsning, tørre nanopartikler og katalytiske overflater.

- Forstå de de grunnleggende prinsippene for fabrikasjon av katalysatorer ved utfelling, hydrotermal syntese og bruk av kolloide partikler.

- Gi eksempler på katalytiske reaksjonssystemer der signifikansen av partikkelstørrelse og/eller nanostrukturen har blitt identifisert.

- Analysere og tolke eksperimentelle data.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, obligatoriske øvinger og obligatorisk prosjektarbeid.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

TMT4320 Nanomaterialer.

Kursmateriell

Fabrication and Applications of Nanomaterials, S. Bandyopadhyay, Mc Graw Hill.

Crystallization, J.W. Mullin, 4th ed, Elsevier.

Concepts of Modern Catalysis and Kinetics, I. Chorkendorff and J.W. Niemantsverdriet, Wiley.