Onderzoeksgroep

Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Expertise

Sinds 1 januari 2019 werk ik op het Laboratorium voor Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT) van de faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen van de Universiteit Antwerpen als docent tenure track onderzoek (TTZAPBOF) op het gebied van elektrokatalyse in combinatie met in-situ transmissie elektronenmicroscopie (TEM). Het belangrijkste doel van mijn onderzoek, dat wordt uitgevoerd in de internationaal bekende ELCAT- en EMAT-laboratoria van onze universiteit, is het synthetiseren van innovatieve katalytische hetero-nanodeeltjes en het opzetten van in-situ TEM-experimenten om op een kwantitatieve manier te monitoren in 3D, structurele en morfologische veranderingen van hetero-nanodeeltjes tijdens katalytische reacties, zowel op nanometer- als op atomaire schaal. Op deze manier kunnen we een beter begrip krijgen van het verband tussen de structuur, samenstelling en katalytische eigenschappen van hetero-nanodeeltjes.

Vloeistof chromatografie gecombineerd met massaspectroscopie voor de analyse van elektrochemische reactiemengsels. 01/01/2020 - 31/12/2021

Abstract

ELCAT wenst zijn huidig HPLC toestel te vervangen aangezien het steeds meer gebreken vertoont, geen productidentificatie toelaat, een lage gevoeligheid heeft, niet gekoppeld kan worden met de elektrochemische reactoren voor in-line detectie en niet meer ondersteund wordt door de fabrikant. Het onderzoek binnen ELCAT situeert zich in het domein van de elektrochemie en industriële elektrificatie. Voor de ontwikkeling van elektrochemische reactoren en katalysatoren is het van uitermate belang dat we alle producten in het reactiemengsel kunnen identificeren en kwantificeren. Zo niet is het niet mogelijk om de bestudeerde elektrochemische processen te evalueren en verbeteren. Aangezien ELCAT een jonge onderzoeksgroep is met een sterke exponentiële groei in de laatste jaren, is de druk op de beschikbare huidige analytische toestellen groot. Dit vertraagt niet alleen het huidige onderzoek, maar heeft ook een impact op toekomstige onderzoeksprojecten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantitatieve in-situ karakterisatie van de structuur, morfologie en samenstelling van bimetallische nanopartikels als opstap naar innovatieve elektrokatalysatoren 01/09/2019 - 31/08/2023

Abstract

Het doel van dit project is het in-situ karakteriseren van de structuur, morfologie en samenstelling van bimetallische elektrokatalytische nanopartikels (NPs) op de nanometer- en atomaire schaal. Hiervoor gaan we bimetallische nanopartikels synthetiseren via elektrochemische en/of colloïdale chemie. Deze technieken maken het mogelijk het metaalgehalte Pt, Ni, Ag, Cu en/of Sn in de bimetallische NPs te controleren. Wanneer twee elementen aanwezig zijn in hetzelfde nano-object, worden zijn katalytische functionaliteiten versterkt doordat de individuele eigenschappen van elk element aanwezig zijn in het NP. De interactie tussen de elementen maken het mogelijk ongekende materiaaleigenschappen te ontwikkelen. Zeer weinig is echter geweten over de veranderingen die plaatsgrijpen op de nanometer- en atomaire schaal wanneer elektrokatalytische NPs worden blootgesteld aan agressieve chemische media. Dit is de reden waarom we in-situ transmissie elektron microscopie (TEM) experimenten willen uitvoeren met specifieke houders welke toelaten om te werken onder verhoogde temperatuur, druk en in vloeibare media. Dit onderzoeksproject zal van significant belang zijn om de mechanismen verantwoordelijk voor de dynamische veranderingen van het katalysatoroppervlak te verklaren, welke zal toelaten performantere en stabielere katalysatoren te ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Elektrokatalyse gecombineerd met in-situ transmissie elektronenmicroscopie. 01/01/2019 - 31/12/2023

Abstract

Het doel van dit project is het in-situ karakteriseren van de structuur, morfologie en samenstelling van bimetallische elektrokatalytische nanopartikels (NPs) op de nanometer- en atomaire schaal. Hiervoor gaan we bimetallische nanopartikels synthetiseren via elektrochemische en/of colloïdale chemie. Deze technieken maken het mogelijk het metaalgehalte Pt, Ni, Ag, Cu en/of Sn in de bimetallische NPs te controleren. Wanneer twee elementen aanwezig zijn in hetzelfde nano-object, worden zijn katalytische functionaliteiten versterkt doordat de individuele eigenschappen van elk element aanwezig zijn in het NP. De interactie tussen de elementen maken het mogelijk ongekende materiaaleigenschappen te ontwikkelen. Zeer weinig is echter geweten over de veranderingen die plaatsgrijpen op de nanometer- en atomaire schaal wanneer elektrokatalytische NPs worden blootgesteld aan agressieve chemische media. Dit is de reden waarom we in-situ transmissie elektron microscopie (TEM) experimenten willen uitvoeren met specifieke houders welke toelaten om te werken onder verhoogde temperatuur, druk en in vloeibare media. Dit onderzoeksproject zal van significant belang zijn om de mechanismen verantwoordelijk voor de dynamische veranderingen van het katalysatoroppervlak te verklaren, welke zal toelaten performantere en stabielere katalysatoren te ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Elektronentomografie gecombineerd met state-of-the-art elektrochemie om een beter inzicht te bekomen over de rol van de verschillende onderdelen van de actieve laag in een CO2 elektrolyseur. 01/07/2019 - 31/12/2020

Abstract

Hernieuwbare energiebronnen kunnen een oplossing bieden voor de buitensporige uitstoot van broeikasgassen en voor de verwachte daling in de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen in de nabije toekomst. Beide problemen zouden een gemeenschappelijke oplossing kunnen hebben als we in staat zouden zijn om een energie-efficiënt proces te ontwikkelen dat (sterk verdunde) CO2 stromen kan omzetten in brandstoffen en waardevolle chemicaliën en als dusdanig een positief effect heeft op de economie en de omgeving. Een mogelijke strategie is om H2O en CO2 te gebruiken als hernieuwbare voeding voor de elektrochemische productie van brandstoffen en chemicaliën (bv. koolstofmonoxide, mierenzuur of methanol), hierbij gebruik makend van de overschotten aan hernieuwbare energie (zoals wind of water) om de reactie te sturen. Momenteel is de elektrochemische reductie van CO2 nog niet industrieel relevant, voornamelijk als gevolg van het gebrek aan een goede elektrokatalysator. Terwijl een brede waaier aan elektrokatalysatoren momenteel wordt onderzocht in een poging om de globale performantie op te drijven, verliep dit momenteel nog zonder succes. In dit project gaan we op zoek naar nieuwe hoog-performante CO2 reductie elektrokatalysatoren gebruik makend van een combinatie van state-of-the-art elektrochemie met hoogtechnologische TEM karakterisatie. Een belangrijk aspect hierin is de impact van de interactie tussen de gasdiffusie elektrode (morfologie en samenstelling) en de nieuwe elektrokatalysatoren. Tot slot, zullen we ook een meer ingenieur-technisch aspect van het globaal proces, namelijk de coating van de elektrode met het actieve materiaal, trachten te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Driedimensionale Analyse van Assemblages van Nanodeeltjes op Atomaire Schaal. 01/10/2016 - 31/12/2018

Abstract

Nano assemblages zijn twee- of driedimensionale (3D) collecties van nanodeeltjes. De eigenschappen van de samenstellingen worden bepaald door het aantal deeltjes, hun positie, vorm, chemische aard en binding. Als we in staat zijn om deze parameters in 3D te bepalen, dan kunnen we de nodige input leveren om de fysische eigenschappen te voorspellen. Het doel van dit project is daarom om een volledige 3D karakterisatie van complexe nano-assemblages uite voeren, tot op atomaire schaal. We zullen dit doel te bereiken door geavanceerde elektronenmicroscopie en nieuwe 3D reconstructie-algoritmen te combineren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)