Onderzoek Sammy Verbruggen

Abstract

De Internationale Maritime Organisatie (IMO) heeft doelstellingen gezet om de broeikasgasemissies in internationale scheepvaart te verminderen. Innovatieve oplossingen om uitlaatgassen te verminderen zijn hiervoor noodzakelijk. Daarom focust dit project zich op de evaluatie van katalysatoren voor de behandeling van uitlaatgassen om de emissies van scheepvaart diesel motoren te verminderen. Dit project evalueert specifiek de performantie van de katalytische systemen geconnecteerd aan scheepvaart diesel motoren, die met verschillende belasting werken, in lijn met de huidige praktijken om brandstof consumptie te bepreken als een deel van emissie controle. In dit project verenigen de Antwerpse Maritime Academie (AMA), gespecialiseerd in Scheepvaart motoren en hun uitlaatgassen en de onderzoeksgroepen aan UAntwerpen gespecialiseerd in de ontwikkeling van katalysatoren (LADCA en DuEL) hun krachten om scheepsmotorefficiëntie en uitlaatgas behandelingstechnologie te integreren en ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Janssens Tim
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

'Carbon Capture and Utilization' (CCU) combineert een reeks technologieën om het probleem van te hoge koolstofdioxide (CO2)-niveaus in de atmosfeer aan te pakken door CO2 af te vangen en om te zetten in waardevolle producten. Een van de technologieën is fotokatalyse, waarbij zonlicht fotonen worden omgezet in een elektrochemische drijvende kracht met behulp van halfgeleiders. De benutting van zonlicht kan worden verbeterd met behulp van plasmonische nanostructuren, maar deze bestaan doorgaans uit dure edelmetalen. Aan de andere kant maakt plasmakatalyse gebruik van een reactieve chemische cocktail aangedreven door elektrische energie in combinatie met een katalysator. Deze opkomende technologie blinkt uit in energie-efficiëntie en conversie en wordt momenteel opgeschaald in een spin-off. Ik zal het beste van beide technologieën combineren in dit PhD-project door onderzoek te doen naar plasma-fotokatalyse. In het project zal ik goedkope, niet-schaarse elementen gebruiken voor de fabricage van nanostructuren, waarbij core-shell- en Janus-type heterojuncties worden gebruikt om de plasmonische efficiëntie te verbeteren. Met nieuwe poreuze dragers met verhoogde oppervlakte-basiciteit streef ik ernaar de huidige normen te overschrijden, met meer dan 50% conversie en 95% selectiviteit voor CO. Er zal een werkende lab-schaal plasma-fotokatalyse reactor worden gebouwd, die baanbrekende inzichten biedt voor de plasmon-, plasma- en fotokatalyse-gemeenschappen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Cool Pegie
• Mandaathouder: Vantomme Christine

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterialen zijn onmisbaar in verscheidene moderne technologieën die een invloed hebben op onze samenleving. Recent werd duidelijk dat de koppeling tussen nanomaterialen en licht veelbelovend is voor innovatieve ontwikkelingen die tot nieuwe toepassingen kunnen leiden op het gebied van energieopslag, fotoelektrochemische sensoren, fotovoltaïsche cellen, fotokatalyse, medicijnafgifte en andere. De succesvolle implementatie van deze koppeling in praktische toepassingen zal echter sterk afhangen van een grondig begrip van factoren die de structuur-eigenschap relatie beïnvloeden, zoals verbeterde stabiliteit, techno-economische performantie en invloed op het milieu. Het NANOlight-consortium heeft zich als een uniek en multidisciplinair platform gepositioneerd om deze cruciale uitdagingen aan te pakken. Het consortium brengt uitgebreide expertise op het gebied van nanowetenschap samen, waaronder de synthese van fotoactieve nanostructuren, geavanceerde elektronenmicroscopie en karakterisering met X-stralen, computationele materiaalwetenschap, toegepaste nano-engineering en techno-duurzaamheidsbeoordelingen. Door geavanceerde (3D) transmissieelektronenmicroscopie te combineren met geavanceerde lichtbronnen en in situ houders, streeft het consortium ernaar om de interactie tussen nanomaterialen en licht onder realistische condities te optimaliseren. Dergelijke experimenten zijn uiterst uitdagend, maar indien succesvol, zullen ze ongekende inzichten bieden in de fundamentele mechanismen die de interactie tussen licht en materie op nanoschaal bepalen. Door gebruik te maken van een synergetische aanpak streeft het consortium ernaar om een coherent begrip te verkrijgen van de manier waarop nanomaterialen licht absorberen, verstrooien, uitzenden of manipuleren. Deze fundamentele kennis zal een belangrijke rol spelen in het ontwikkelen en optimaliseren van toekomstige technologieën. Een dergelijk begrip is essentieel voor toepassingen waarin licht een faciliterende rol speelt of bij scenario's waarin licht de degradatie van het gedrag van nanomaterialen versnelt. Deze gebieden omvatten onder andere de plasmonische chiroptische nanopartikels voor vroegtijdige ziektedetectie, het overwinnen van de degradatie van pigmenten in kunstbehoud of (perovskiet) fotovoltaïsche nanomaterialen voor zonnecellen of X-stralendetectoren, plasmon-geactiveerde biosensoren en lichtgestuurde medicijnafgifte in nanogeneeskundige toepassingen, fotokatalytische waterstofproductie of CO2-conversie. Bovendien zal het consortium technisch-economische en milieubeoordelingen ontwikkelen bij lage TRL niveaus voor de beoogde nanotechnologische toepassingen met als doel veilige en duurzame technologische oplossingen te bevorderen. De doelstellingen van NANOlight sluiten uitstekend aan bij de duurzame onderzoeks- en innovatiedoelstellingen die door de EU naar voren zijn gebracht. Het onderzoek dat wordt uitgevoerd binnen het NANOlight consortium zal daarom de positie van UAntwerpen als een vooraanstaand centrum voor nanowetenschap op de Europese kaart versterken, en zal resulteren in verdere samenwerkingen op het gebied van nanotechnologie en gerelateerde technologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er zijn nieuwe elektrolysetechnologieën nodig die de kostenefficiëntie verbeteren door de kosten voor elektriciteit en construcitieonderdelen te verlagen om zo op grote schaal waterstof uit hernieuwbare energiebronnen te kunnen produceren. Tijdens dit project zal een baanbrekend fotoelektrolyseapparaat ontwikkeld worden dat (a) de elektriciteitsvraag voor de productie van schone waterstof zal verminderen; (b) het gebruik van kritische grondstoffen in elektroden/elektrokatalysatoren zal elimineren; en (c) waterstofproductie kan koppelen aan valorisatie van een van biomassa-afgeleide stroom, waardoor de techno-economische prestaties en circulariteit worden verbeterd. Het project heeft tot doel plasmon-versterkte, hybride foto-elektrolyse te bestuderen onder alkalische omstandigheden voor de productie van groene waterstof. De celspanningen zullen in de eerste plaats worden verlaagd door vervanging van de zuurstofevolutiereactie aan de anode door een organische oxidatiereactie (OOR) die thermodynamische voordelen, voordelen in verband met component- en operationele kosten en chemicaliën met toegevoegde waarde uit bioafval zal bieden via selectieve anodische processen. Ten tweede zal foto-elektrolyse, versterkt door plasmon-ENZ (Epsilon Near-Zero)-systemen, worden toegepast om de overpotentiaal van de cellen te verlagen en de energie-efficiëntie te verbeteren. Ten derde zal het computergestuurde ontwerp van CRM-vrije materialen de waterstofproductie mogelijk maken zonder afhankelijk te zijn van edele en/of schaarse metalen. Het project zal baanbrekende verbeteringen demonstreren ten opzichte van state-of-the-art met behulp van drie belangrijke prestatie-indicatoren die zijn gedefinieerd om nauwkeurig de wisselwerkingen weer te geven in energie-efficiëntie en kosten die voortvloeien uit de OOR en uit materiaalkeuzes die afwijken van state-of-the-art, terwijl de voordelen van een overgang naar CRM-vrije strategieën en de daaruit voortvloeiende verbeteringen in de kriticiteit worden afgewogen. De techno-economische en levenscyclusanalyse zal de materiaalkeuzes sturen om een prototype CRM-vrije foto-elektrolyser op laboratoriumschaal te ontwikkelen, en zal een pad uitstippelen naar kostenconcurrerende toepassingsscenario's voor exploitatie die verder gaat dan proof-of-concept. Binnen dit project zal de UAntwerpen partner zich in het bijzonder richten op de synthese van edelmetaalvrije plasmonische nanostructuren op basis van ZrN, en nieuwe soorten fotoelektrochemisch celontwerp onderzoeken. In nauwe samenwerking met de onderzoeksgroep EnvEcon zal een gedetailleerde technisch-economische analyse worden uitgevoerd, waaruit de beste kansen voor valorisatie zullen blijken. Uniek in het opzet van de valorisatieroutekaart is dat niet alleen kostenbesparingen in de constructie van de electrolyser of verkoopvolumes van geproduceerde waterstof worden verantwoord, maar ook winst die wordt gemaakt door opconversie van bioafvalstromen die worden gebruikt als de feed, en milieu- en aanverwante kostenimpact door het vermijden van het gebruik van kritische grondstoffen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Nimmegeers Philippe
• Co-promotor: Van Passel Steven

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Als samenleving staan we momenteel voor twee grote uitdagingen: het veiligstellen van onze toekomstige energievoorziening door over te stappen van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen en het verminderen van de uitstoot van het broeikasgas CO2. Alleen op deze manier kunnen we de doelstellingen van het klimaatakkoord van Parijs bereiken; het beperken van de wereldwijde opwarming tot maximaal 1,5°C in de 21e eeuw en het bereiken van netto nul CO2-uitstoot tegen 2050. Het FOTON-project richt zich op beide uitdagingen. In het INTERREG-project FOTON hebben 9 projectpartners de ambitie om hoogwaardige systemen en materialen te ontwikkelen voor zonlichtgestuurde duurzame processen die bijdragen aan een klimaatneutrale industrie. Het directe gebruik van zonlicht als energiebron voor chemische processen heeft verschillende voordelen ten opzichte van het conventionele gebruik van duurzaam opgewekte elektriciteit. Ten eerste is er een hoge energie-efficiëntie bij direct gebruik van zonlicht: er is geen energieverlies bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit, of minder energieverlies als de elektriciteit in de chemische reactor zelf wordt opgewekt. Transport van elektriciteit is niet nodig en er wordt direct gebruikgemaakt van zonlicht voor de lokale productie van groene waterstof en methanol. Deze gedecentraliseerde productie voorkomt hoge kosten die gepaard gaan met infrastructuur. Drie pilotdemonstraties tonen aan dat zonlicht op een technologisch efficiënte, energiezuinige en financieel haalbare manier kan worden gebruikt als duurzame energiebron voor de productie van groene methanol en groene waterstof. Het onderzoek binnen FOTON vormt de basis voor de toekomstige vertaling naar een industrieel proces en biedt commerciële kansen voor fabrikanten van materialen en apparatuur en chemische bedrijven in de regio.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Cool Pegie

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De reverse water-gas shift rWGS-reactie kan erg effectief CO2 omzetten in CO, een cruciale bouwsteen voor de chemische industrie. Terwijl deze endotherme reactie typisch wordt uitgevoerd bij hoge temperatuur, wordt fotokatalyse voorgesteld als een lage temperatuur alternatief. PICASSo zal zich richten op plasmon-katalyse: Via gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie (LSPR), een collectieve oscillatie van geleidingselektronen aan het oppervlak van metalen nanodeeltjes (NP), kan de opbrengst verhogen en de locale controle van chemische reacties verbeteren. NPs met LSPR kunnen aanleiding geven tot drie voordelige effecten: nabijeveldversterking, excitatie van ladingsdragers en een lokale warmteopwekking. Tot heden is het niet geweten welk van deze doorslaggevend zijn, in welke mate ze bijdragen, en hoe de katalysatorsamenstelling en nanostructuur tot een effectievere rWGS-reactie kunnen leiden. Ons doel bestaat erin de doorslaggevende bijdrage voor plasmon-geïnduceerde katalytische rWGS-reactie te identificeren mbv speciaal ontworpen plasmonische NP's en vervolgens te kwantificeren via een unieke reactor met geïntegreerde sensoren die lokaal de reactietemperatuur meten. De aldus verkregen wetenschappelijke inzichten zullen leiden tot ontwerpregels om nieuwe generaties katalysatoren te ontwikkelen met verbeterde prestaties, verhoogde duurzaamheid en kosteffectiviteit door gebruik te maken van ruimer beschikbare metalen en geoptimaliseerde plasmonische metaal-dragerinteracties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Cool Pegie

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

DELIGHT streeft naar excellentie van Europa op het gebied van nanowetenschap en impact op onderzoek en ontwikkeling op het hoogste niveau. Het project richt zich op multifunctionele nanomaterialen op basis van colloïdale deeltjes, organische/anorganische perovskieten en organische en biomaterialen. Het ontwerp en de fabricage van deze materialen voor toepassingen van de laatste generatie vereisen een hoog niveau van interdisciplinariteit met expertise op het gebied van scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde, techniek, nanofabricage en biologie, in combinatie met de meest geavanceerde spectroscopische gereedschappen. De wetenschappelijke doelstellingen van DELIGHT zijn het vestigen van een platform van zeer veelzijdige functionele nanomaterialen, met behulp van machine learning en kunstmatige intelligentie voor de ontwikkeling en karakterisering van materialen/apparaten. De focus ligt op multifunctionele hybriden, heterostructuren en samenstellingen, en het volledig benutten van hun potentieel voor katalyse, energie, verlichting, plasmonica en theranostiek. Het onderzoek is georganiseerd in 3 werkpakketten (WPs) die zich richten op de ontwikkeling van nanomaterialen, functionele composieten en diepgaande karakterisering, en toepassingen van apparaten. Sociale en trainingsdoelstellingen zijn het opleiden van jonge onderzoekers in Europa op het hoogste niveau, met nadruk op interdisciplinariteit die fundamenteel is in de moderne nanowetenschap, het bevorderen van technologische knowhow die een duurzame en milieuvriendelijke moderne samenleving mogelijk maakt, en het bevorderen van gendergelijkheid in het wetenschappelijke landschap op alle niveaus. Deze doelstellingen worden geïmplementeerd in een werkpakket dat is gewijd aan training, het organiseren van lezingen, workshops, technologieoverdracht en outreach- en verspreidingsactiviteiten. DELIGHT heeft een academisch team van uitstekende kwaliteit samengesteld, dat de belangrijkste spelers in de EU op het gebied van nanomaterialen verbindt met toonaangevende universiteiten in de VS, Canada en Argentinië die bekend staan om hun unieke wetenschappelijke en technologische mogelijkheden en efficiënte technologieoverdracht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemeen doel van het "Map-it CCU"-project is om de kennis over de valorisatie van industriële CO2-afvalstromen te centraliseren in een kennismatrix en deze daarna (deels binnen en deels buiten het Map-it CCU-project) te vertalen in een beslissingskader dat door ondernemingen gebruikt kan worden bij hun technologiekeuze. In de kennismatrix worden volgende stappen uit de waardeketen opgenomen: 1. Evaluatie van bestaande en nieuwe CO2-afvangtechnologieën in functie van hun inzetbaarheid (bv. CO2-concentratierange en typische onzuiverheden); 2. Identificatie van purificatie- en conditioneringsstappen om de afgevangen stroom te behandelen tot de gewenste specificaties. Deze zijn afhankelijk van de bestemming van de stroom. Binnen Map-it CCU worden afzet in een centrale CO2-pijplijn en directe omzetting naar gewenste producten voorzien; 3. Omzettingsmogelijkheden van de gezuiverde en geconditioneerde CO2-stroom in eindproducten (CCU, bv. chemicaliën en brandstoffen) of hun uiteindelijke opslag (bv. CCS en mineralisatie). In het beslissingskader zal gezocht worden naar de differentiërende parameters die ondernemingen toelaten om, gegeven hun specifieke situatie, een selectie te maken van technisch haalbare technologieën. Hierbij zullen ook enkele parameters opgenomen worden die toelaten om de specifieke situatie van de onderneming mee te nemen in de selectie, zoals de beschikbaarheid van lokale restwarmtebronnen, beschikbare ruimte, etc. Het Map-it CCU-project focust zich in eerste instantie op CO2-uitstoters en daarnaast op ondernemingen die interesse hebben in CO2-conversie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Directe decompositie van NOx is een uitstekende manier om de industriële emissies te reduceren en tevens heeft het een positief effect op de bestrijding van klimaatverandering. N2O, beter bekend als lachgas, heeft een Global Warming Potential (GWP) die 273 keer groter is dan CO2 over de loop van 100 jaar, wat de impact op de klimaatverandering duidelijk illustreert. Daarnaast wijzen problemen zoals voortijdige sterfte en de financiële impact op de samenleving duidelijk op de noodzaak van een vermindering van de emissies. Met behulp van directe decompositie wordt het gebruik van extra chemicaliën zoals ureum of ammoniak vermeden tijdens de decompositie van NOx naar N2 en zuurstof. Hoewel directe decompositie een geschikte methode is om NOx emissies te reduceren, moeten de volgende problemen eerst opgelost worden alvorens de katalysatoren potentieel kunnen gebruikt worden in een industriële setting: vorming van nevenproducten, een lage (hydro)thermische stabiliteit en vergiftiging door andere gascomponenten. Dit project focust zich daarom op de ontwikkeling van innovatieve katalysatoren via een iteratieve synthese-eigenschappen-prestaties ontwikkeling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ondersteuning instandhouding wetenschappelijke apparatuur voor gasfase experimenten binnen de onderzoeksgroep A-PECS (Antwerp engineering, photoelectrochemistry and sensing). Dit gaat van gasdistributiesystemen, over reactoren, tot verschillende types detectoren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele elektrolysecellen voor de productie van groene waterstof bevatten membranen of andere scheidingen die bijdragen aan de algehele complexiteit, kost en onderhoud van dergelijke systemen. Daarnaast vereisen ze een hoge zuiverheid van het water, terwijl zoet water een schaars goed wordt/is. Als oplossing stel ik een alternatief reactorontwerp voor dat eenvoudiger, robuuster en kosteneffectiever is. In dit project zal ik met name een membraanloze foto-elektrolysereactor bestuderen die waterstofgas produceert uit (zee)water, zonlicht en/of hernieuwbare elektriciteitsbronnen. Dit nieuwe celontwerp is gebaseerd op scheiding van het waterstof- en zuurstofgas dat van de foto-elektroden vrijkomt, door het uitbuiten van de aanwezige vloeistofstroming. Dit concept is onlangs gepatenteerd door de aanvrager. De eerste vorderingen zullen worden gemaakt op het niveau van de foto-elektroden, door nanostructurering van het oppervlak toe te passen om de grootte van de gasbellen te verkleinen, wat op zijn beurt de gasscheiding en productzuiverheid zal bevorderen (vastgesteld op 99,5%). Ten tweede zullen voor efficiënte foto-elektrolyse nieuwe optische versterkingsmechanismen worden bestudeerd om de zonne-naar-waterstofefficiëntie richting de 10% doelwaarde te stuwen. Ten slotte, om de robuustheid van het celontwerp verder te benutten, is het de bedoeling om de celwerking voor zowel elektrolyse als foto-elektrolyse van zeewater te demonstreren, door de procesparameters te begrijpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Mandaathouder: Borah Rituraj

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Denguevirus is één van de 10 grootste bedreigingen voor de wereldgezondheid (World Health Organization, 2019). Deze (sub)tropische ziekte wordt overgedragen door muggen en heeft een enorme economische en maatschappelijke impact. Volgens voorspellingen loopt 60% van de wereldbevolking tegen 2080 risico op besmetting als gevolg van verstedelijking, bevolkingsgroei en stijgende temperaturen. Daarom is de beschikbaarheid van een betaalbaar diagnostica met uitstekende analytische prestaties essentieel. De huidige diagnostica zijn echter duur of zijn onvoldoende gevoelig en accuraat. Dit project beoogt de ontwikkeling van een technologie voor RNA detectie die snel en kosteneffectief is en een uitstekende specificiteit en gevoeligheid heeft. Verder zal zij point-of-care testen mogelijk maken, waardoor het gebruikt kan worden om vroegtijdig potentiële uitbraken op te sporen. Om dit doel te bereiken, zal foto-elektrochemie, waarbij het signaal gegeneerd wordt door licht, gecombineerd worden met plasmonische nanodeeltjes. Zo zal de detectielimiet verlaagd worden tot sub-femtomolair. Ten slotte zal de laboratoriumtechnologie gevalideerd worden op klinische serumstalen en zullen de prestaties vergeleken worden met de gouden standaard omgekeerde transcriptie polymerasekettingreactie. Hoewel dit project focust op dengue diagnose, kan de onderliggende technologie uitgebreid worden naar de detectie van andere pathogenen en kan zij dus een sleutelrol spelen bij de voorbereiding op pandemieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Op de Beeck Hannah

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) vormen een grote klasse van synthetische chemicaliën, waaronder PFOA, PFOS en GenX-chemicaliën. Sinds de jaren '40 van de vorige eeuw worden PFAS gemaakt en gebruikt in verschillende industrieën in Europa en de rest van de wereld. PFAS zijn te vinden in alledaagse artikelen zoals voedselverpakkingen, antiaanbaklaag en waterdichte producten, waaronder kleding. PFAS worden ook veel gebruikt in industriële toepassingen en voor brandbestrijding. PFAS kunnen tijdens de productie in het milieu terechtkomen, of via de grote verscheidenheid aan afvalstromen waar ze terecht kunnen komen. Omdat ze persistent zijn in het milieu en het menselijk lichaam, is een veilige en uiteindelijke verwijdering een uitdaging. Het selecteren van de juiste methode voor de uiteindelijke verwijdering van PFAS wordt verder bemoeilijkt door de vluchtigheid van PFAS, hun oplosbaarheid in water, mobiliteit in het milieu en persistentie. In de regio van Zwijndrecht maar ook op tal van andere plaatsen in Vlaanderen werden grote hoeveelheden van het gevaarlijke PFOS of perfluoroctaansulfonzuur gedetecteerd. Het is dan ook cruciaal dat PFAS op een efficiënte manier vernietigd worden, om de chemische industrie in Vlaanderen de gepaste tools te geven om deze problemen op te lossen. Daarom hebben de onderzoeksgroepen in FF-PFAS hun krachten gebundeld om het algemene begrip van PFAS-sanering te verbeteren en onafhankelijke gegevens te verstrekken over welke technieken en procesomstandigheden PFAS kunnen afbreken en volledig kunnen mineraliseren, waardoor het probleem voorgoed kan worden opgelost.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er zijn nieuwe elektrolysetechnologieën nodig die de kostenefficiëntie verbeteren door de kosten voor elektriciteit en constructieonderdelen te verlagen om zo op grote schaal waterstof uit hernieuwbare energiebronnen te kunnen produceren. HyLEeP zal een baanbrekend fotoelektrolyse-apparaat ontwikkelen dat (a) de elektriciteitsvraag voor de productie van schone waterstof zal verminderen; (b) het gebruik van kritische grondstoffen in elektroden/elektrokatalysatoren elimineren; en (c) waterstofproductie koppelen aan valorisatie van een van biomassa afgeleide stroom, waardoor de techno-economische prestaties en circulariteit worden verbeterd. HyLEeP heeft tot doel plasmon-versterkte, hybride foto-elektrolyse te bestuderen onder alkalische omstandigheden voor de productie van groene waterstof. Binnen dit project zal de onderzoeksgroep DuEL zich in het bijzonder richten op de synthese van edelmetaalvrije plasmonische nanostructuren op basis van ZrN, en nieuwe soorten fotoelektrochemisch celontwerp onderzoeken. In nauwe samenwerking met de onderzoeksgroep EnvEcon zal een gedetailleerde technisch-economische analyse worden uitgevoerd, waaruit de beste kansen voor valorisatie zullen blijken. Uniek in het opzet van de valorisatieroutekaart is dat niet alleen kostenbesparingen in de constructie van de electrolyser of verkoopvolumes van geproduceerde waterstof worden verantwoord, maar ook winst die wordt gemaakt door opconversie van bioafvalstromen die worden gebruikt als de feed, en milieu- en aanverwante kostenimpact door het vermijden van het gebruik van kritische grondstoffen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Industriële activiteiten en wegverkeer zijn de belangrijkste oorzaken van de uitstoot van verontreinigende stoffen zoals SO2, NOx en vluchtige organische stoffen (VOS). Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie woont meer dan 90% van de wereldbevolking op plaatsen waar de concentraties van verontreinigende stoffen de vastgelegde grenzen overschrijden. Op het gebied van milieusanering heeft de heterogene fotokatalyse met behulp van halfgeleiders, zoals TiO2, de laatste tijd veel belangstelling gewekt vanwege het vermogen om zonne-energie efficiënt om te zetten in chemische energie die schadelijke vervuilende stoffen via fotokatalyse kan afbreken. Verschillende onderzoeksstudies hebben veelbelovende resultaten opgeleverd met betrekking tot de afbraak van diverse vervuilende stoffen, uitgestoten door fossiele brandstoffen die door wegvoertuigen worden gebruikt. Vanwege de enorme oppervlakte van een fotokatalytische asfaltverharding en de nabijheid met betrekking tot de uitlaatgassen van auto's, worden ze genoemd als veelbelovende oppervlakken voor de vermindering van SO2, NOx, koolwaterstoffen en andere VOS aanwezig in de atmosfeer, maar ook roetdeeltjes afkomstig van zwaar verkeer. Voor TiO2 werkt dit echter enkel in aanwezigheid van ultraviolet (UV) licht en vocht/O2. Het zonlicht bestaat voornamelijk uit zichtbare en infrarode fotonen, waarbij slechts ongeveer 3%-5% van het zonnespectrum uit UV-licht bestaat. In deze zin is één van de belangrijkste aandachtspunten in de recente literatuur voor het verkrijgen van verbeterde fotokatalytische materialen, het doteren van TiO2-deeltjes met verschillende materialen, zoals Ce, Cu en Fe. Om fotokatalytische asfaltmengsels te verkrijgen, kunnen drie belangrijke technieken worden genoemd om de halfgeleidermaterialen op of in de asfaltmengsels aan te brengen: (i) spuitcoating, (ii) toevoeging in het asfaltmengsel, en (iii) modificatie van het bitumen. Spuitcoating is waarschijnlijk de meest efficiënte functionaliseringstechniek, omdat er kleinere hoeveelheden halfgeleidermateriaal nodig zijn. De immobilisatie van de halfgeleiderdeeltjes over het oppervlak van de asfaltmengsels is echter nog steeds een grote uitdaging. Het modificeren van het bindmiddel leidt tot een verminderde fotokatalytische efficiëntie, maar geeft aanleiding tot een betere immobilisatie en verbeterede rheologische eigenschappen. Een belangrijk aandachtspunt dat ook in aanmerking moet worden genomen, is de dispersie van de TiO2 nanodeeltjes. Anders kunnen ze agglomereren en daardoor de fotokatalytische efficiëntie verminderen. Samenvattend is het hoofddoel van dit project de studie van de belangrijkste uitdagingen voor een zonneactief fotokatalytisch asfaltmengsel dat zowel efficiënt als duurzaam is. Dit omvat het implementeren van de laatste ontwikkelingen met betrekking tot gemodificeerde TiO2 nanodeeltjes en het bestuderen van belangrijke aspecten zoals dispersie en immobilisatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vuye Cedric
• Co-promotor: Omranian Seyed Reza
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Abadeen Ali Zain Ul

Onderzoeksgroep(en)

• Duurzame verhardingen en asfaltonderzoek (SuPAR)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Femtoseconde pulsatie laser microbewerking maakt het mogelijk om verscheidene materialen zoals keramieken (bv. glas), harde metalen (bv. Hastelloy) en polymeren te bewerken met een resolutie tot op microschaal. Dit opent innovatieve en nieuwe onderzoeksmogelijkheden zoals het optimaliseren van de katalytische eigenschappen van oppervlakken, het verbeteren van de stromingsverdeling, warmtetransport en massatransport in chemische reactoren, het verhogen van de detectielimiet van fotoelektrochemische sensoren, het faciliteren van continue stromingschemie, het ontwikkelen van EPR en TEM meetcellen en het machinaal leren voor hybride 3D printen. Momenteel bezit de Universiteit van Antwerpen niet de nodige onderzoeksinfrastructuur om dergelijke materialen en oppervlakken met zulke microschaalprecisie te bewerken. Toegang tot femtoseconde pulsatie laser microbewerking zou dan ook een grote impact hebben op het onderzoek van zowel de dertien betrokken professoren en tien onderzoeksgroepen als de industrie en is essentieel om onderzoek uit te voeren op het hoogste internationaal niveau.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Maes Bert
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: Vanlanduit Steve
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Verwulgen Stijn
• Co-promotor: Watts Regan

Onderzoeksgroep(en)

• Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De productie van alternatieve brandstoffen en de bescherming van onze leefomgeving zijn twee van de meest intensief bestudeerde onderwerpen. Efficiënte productie van betaalbare alternatieve brandstoffen vereist de ontwikkeling van nieuwe materialen en de implementatie van nieuwe methoden. Anderzijds vereist het elimineren van gevaarlijke stoffen uit afvalgassen en lucht nieuwe milieuvriendelijke technologieën. In dit project zullen we beide problemen tegelijkertijd aanpakken door volledig functionele foto-elektrochemische systemen te ontwikkelen die organische verontreinigende stoffen in afvalgassen aan de ene kant van het apparaat afbreken (fotoanode), terwijl aan de andere kant waterstofgas wordt geproduceerd (kathode). Waar de zuurstofevolutiereactie vaak het knelpunt is bij conventionele foto-elektrochemische watersplitsing, wordt dit probleem hier omzeild door organische verontreinigende stoffen te gebruiken als elektronendonoren, die gemakkelijker kunnen worden geoxideerd dan water. De drijvende kracht achter het hele proces is rechtstreeks zonlicht. Daarom zullen eerst meer zonlichtactieve fotoanodematerialen worden gesynthetiseerd. Na rigoureuze karakterisering en screening van hun fotoactiviteit, worden deze katalysatoren geïntegreerd in een volledig functionele foto-elektrochemische testopstelling, waarmee alle relevante intrinsieke kinetische en massaoverdrachtsparameters kunnen worden afgeleid. Deze laatste worden gebruikt als input voor een multiphysics computational fluid dynamics (CFD) -model waarmee de gehele proceswerking en het foto-elektrochemische celontwerp op een beheersbare manier en zonder excessieve kosten kunnen worden verbeterd. Uiteindelijk zal op basis van de resultaten van de CFD-studie een demonstratie-eenheid op laboschaal worden gebouwd om het toepassingspotentieel van deze multifunctionele zonlichtgedreven technologie aan te tonen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Denys Siegfried
• Mandaathouder: Minja Antony Charles

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Materialen gebaseerd op titaniumdioxide (titania) zijn halfgeleiders met vele verscheiden toepassingen in chemische katalyse, elektrochemische sensortechnologie, voedselindustrie, energieconversie, en vele andere. Een groot deel van de toepassingen zijn gebaseerd op de vorming van een elektron en gat in de titania door absorptie van licht in het UV gebied. Dit beperkt echter heel veel praktische toepassingen, vermits zonlicht maar een beperkte UV inhoud heeft. Gekleurde titania, zoals grijze en zwarte titania, kunnen gevormd worden door thermische, chemische of sonochemische reductiemethoden. Alhoewel deze materialen zichtbaar licht absorberen, spreken studies in de vakliteratuur elkaar tegen over de activiteit van deze gekleurde materialen en de mechanismes die hiertoe leiden. Er is geen consensus over de optimale synthese paden om bepaalde gunstige materiaaleigenschappen te versterken. De grote heterogeniteit van gekleurde titania en hun syntheses gerapporteerd in de vakliteratuur verhindert het opstellen van een correlatie tussen synthese, elektronische structuur en activiteit. In de voorliggende geconcerteerde actie, zullen we de reductiecondities van poreuze titania op een gecontroleerde manier veranderen en tegelijk een veelvoud aan parameters bepalen, elektronenvallen, species die geadsorbeerd zijn aan het oppervlak, bulkdefecten, bandkloof, polymorfen en poriegroottes. We zullen de resultaten ook direct linken aan de specifieke activiteit van deze materialen. Hiertoe zullen we de capaciteit voor fotokatalytische reductie van CO2 meten en de toepasbaarheid van het materiaal als elektrodemateriaal in de elektrochemische detectie van fenolische verbindingen in water. Met deze aanpak, garanderen we dat de resultaten van de verschillende experimenten direct kunnen vergeleken en gecorreleerd worden. Dit zal toelaten om de sleutelfactoren te ontrafelen die de relatie tussen synthese, elektronische en geometrische structuur en activiteit van gekleurde titania bepalen. Deze kennis zal dan vertaald worden in optimale synthesecondities voor de hier bestudeerde toepassingen die belangrijk zijn voor duurzame chemie en ontwikkeling. Het voorliggende project maakt gebruik van de unieke complementaire expertise in de synthese, experimentele en theoretische karakterisatie en toepassingen van titaniumdioxide-gebaseerde materialen aanwezig aan de UAntwerpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Lamoen Dirk
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie en Spectroscopie van Moleculen en Materialen (TSM²)
• Biofysica en Biomedische Fysica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit IOF consortium verbindt chemisten, ingenieurs, economisten en milieu-wetenschappers in een geïntegreerd team om maximale impact te genereren in de duurzame sleuteltechnologieën, materialen en reactoren, die een cruciale rol spelen in een duurzame chemische industrie en in de economische transitie naar een circulaire, grondstofefficiënte en koolstofneutrale economie (deel van de 2030 en 2050 doelen waarin Europa een leidende rol wil spelen). Innovatieve materialen, hernieuwbare chemische grondstoffen, nieuwe/alternatieve reactoren, technologieën en productie methoden zijn essentiële en centrale elementen om dit doel te bereiken. Door hun onderlinge verstrengeling is een multidisciplinaire, gecoördineerde inspanning als team cruciaal om succesvol te kunnen zijn. Bovendien is vroegtijdige voorspelling en identificatie van sterktes, opportuniteiten, zwakten en bedreigingen in levenscyclusanalyse, techno-economische analyse en duurzaamheidsbeoordeling een objectieve en noodzakelijke sleutel om duurzaamheid in te bouwen tijdens de design fase en om effectieve kennis-gedreven beslissingen te nemen en focus te houden op de grootste bijdragen aan duurzaamheid. Het consortium focust op duurzame chemische productie door efficiënt en alternatief energiegebruik, gekoppeld aan circulariteit, nieuwe chemische reactiepaden, technologieën, reactoren en materialen, die toelaten om alternatieve grondstoffen en energie te gebruiken. De kern van technologische expertise wordt ondersteund door expertise in simulaties, techno-economische en milieu impact beoordelingen en onzekerheidsidentificatie om de technologische ontwikkeling te versnellen via kennis gedreven design en vroeg stadige identificatie van sleutel onderzoek nodig voor een versnelde groei en maximale impact op duurzaamheid. Om deze doelen te bereiken, zijn de consortiumleden gegroepeerd over 4 samenhangende valorisatie programma's gefocust op sleutelelementen die de performantie bepalen en de chemische industrie en technologie hun meerwaarde geven en verder doen groeien: 1) hernieuwbare grondstoffen, 2) duurzame materialen en materialen voor duurzame processen, 3) duurzame processen die efficiënt gebruik maken van alternatieve hernieuwbare energie en/of circulaire chemische bouwstenen gebruiken; 4) innovatieve reactoren voor duurzame processen. Daarenboven zijn transversale sleutelexpertises geïntegreerd, die essentiële ondersteuning bieden en data gebaseerde beslissingen mogelijk maken in de 4 valorisatie programma's door simulaties, techno-economische en milieu-impact beoordelingen en onzekerheidsanalyses.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Compernolle Tine
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Das Shoubhik
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Maes Bert
• Co-promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Vande Velde Christophe
• Co-promotor: Vande Velde Christophe
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Meyer Nathalie

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterials play a key role in modern technology and society, because of their unique physical and chemical characteristics. The synthesis of nanomaterials is maturing but surprisingly little is known about the exact roles that different experimental parameters have in tuning their final properties. It is hereby of crucial importance to understand the connection between these properties and the (three-dimensional) structure or composition of nanomaterials. The proposed consortium will focus on the design and use of nanomaterials in fields as diverse as plasmonics, electrosensing, nanomagnetism and in applications such as art conservation, environment and sustainable energy. In all of these studies, the consortium will integrate (3D) quantitative transmission electron microscopy and X-ray spectroscopy with density functional calculations of the structural stability and optoelectronic properties as well as with accelerated molecular dynamics for chemical reactivity. The major challenge will be to link the different time and length scales of the complementary techniques in order to arrive at a complete understanding of the structure-functionality correlation. Through such knowledge, the design of nanostructures with desired functionalities and the incorporation of such structures in actual applications, such as e.g. highly selective sensing and air purification will become feasible. In addition, the techno-economic and environmental performance will be assessed to support the further development of those applications. Since the ultimate aim of this interdisciplinary consortium is to contribute to the societal impact of nanotechnology, the NanoLab will go beyond the study of simplified test materials and will focus on nanostructures for real-life, cost-effective and environmentally friendly applications.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UAntwerpen (Antwerp engineering, photoelectrochemistry and sensing, A-PECS) en anderzijds de opdrachtgever. A-PECS levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UAntwerpen (Duurzame Energie, Water- & Luchttechnologie, DuEL) en anderzijds de opdrachtgever. DuEL levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele gecompartimenteerde elektrolyzers, die water splitsen in waterstofgas en zuurstofgas door middel van waterelektrolyse, vormen de meest geavanceerde technologie voor het genereren van volledig koolstofneutrale 'groene waterstof' wanneer ze worden aangedreven door hernieuwbare energiebronnen. Deze elektrolyzers hebben echter enkele nadelen, waaronder hoge fabricagekosten, onderhoud (vooral met betrekking tot membraan) en de nood aan ultrazuivere waterige elektrolytvoedingsstromen die afhankelijk zijn van beperkte zoetwaterbronnen. Als alternatieve technologie om deze problemen aan te pakken, is een nieuwe membraanloze elektrolyzer bestudeerd in het lopende IOF-POC CREATE-project. De geconstrueerde membraanloze elektrolysecel op laboratoriumschaal (patent aangevraagd) levert >99,5% zuiver waterstofen zuurstofgas en is gebouwd met behulp van betaalbare en veelzijdige 3D-printtools. In dit IOF-POC Develop-project is het doel om onze lab-unit van 1 W op te schalen naar een demonstrator van 1 kW. Het project richt zich voornamelijk op het ontwerp van de 1 kW-stack, verdere efficiëntieverbetering van het systeem en een prestatiedemonstratie over een langere periode. Dit eerste 1kW membraanloze elektrolyzerprototype zal dienen als een proof-of-concept voor de haalbaarheid om deze technologie op te schalen naar hogere capaciteiten door modulaire integratie. In de loop van dit project zullen initiatieven voor bedrijfsontwikkeling worden genomen via samenwerkingen met geïnteresseerde industriële partners.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Optische materialen zijn alomtegenwoordig in de huidige samenleving. Van de bouwstenen van displays en LED's tot glasvezelcommunicatie voor ultrasnel internet, (plasmonische) nanostructuren voor fotokatalyse, bulk heterojuncties voor fotovoltaïsche cellen, probes voor beeldvorming, detectie en het ontrafelen van reactiemechanismen in chemie en katalyse tot nanostructuren voor nanofotonica-toepassingen. De diepgaande kennis van de aard en dynamiek van de oppervlakte- en bulkeigenschappen van deze materialen, zoals het lot van elektronen en gaten die ontstaan na optische excitatie, vereist specifieke spectroscopische technieken die zowel stabiele als tijdsafhankelijke dynamische eigenschappen van dergelijke materialen kunnen ontrafelen. Fluorescentiespectroscopie is een van de meest veelzijdige en gevoelige technieken die dergelijke informatie kan verschaffen. Moderne detectoren zijn in staat individuele fotonen te detecteren die worden uitgezonden op tijdschalen variërend van enkele picoseconden tot seconden, en met energieën die het gehele UV-, zichtbare en NIR optische bereik beslaan. Het aangevraagde systeem is een veelzijdige steady-state en tijdsgeresolveerde fluorescentie spectrometer, die zeer modulair is en in combinatie met de reeds beschikbare infrastructuur een unieke configuratie beoogt die een breed scala aan experimenten mogelijk maakt. Onder andere kan deze techniek informatie verschaffen over ultrasnelle processen op tijdschalen van picoseconden, delayed fluorescentie van bijvoorbeeld triplettoestanden en met een gevoeligheid over een zeer breed golflengtebereik (200 – 1700 nm) en toegankelijkheid tot zowel ensemble experimenten als individuele detectie van moleculen in oplossingen, poeders, nanodeeltjes, films en allerlei devices. De infrastructuur zal worden toegepast in zeer verschillende onderzoeksgebieden, van fotokatalyse tot excitonische eigenschappen van nanomaterialen, en van chemische reactiekinetiek tot fotovoltaïsche en LED-toepassingen, wat ook wordt bevestigd door de diverse onderzoekstopics van de 5 betrokken onderzoeksgroepen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cambré Sofie
• Co-promotor: Johannessen Christian
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Nanogestructureerde en organische optische en elektronische materialen (NANOrOPT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Waterelektrolyse in gecompartimenteerde elektrolysereactoren om water te splitsen in waterstof en zuurstofgas, is de meest volwassen technologie om volledig koolstofneutrale 'groene waterstof' te produceren, wanneer het proces aangedreven wordt door groene energie. Het grote voordeel van deze benadering ten opzichte van "één-pot"-reacties, is dat de reactieproducten meteen in hun pure vorm verkregen worden. De belangrijkste nadelen van traditionele elektrolysereactoren zijn de kosten die gepaard gaan met hun fabricage, het onderhoud (vooral gerelateerd aan de (in)stabiliteit van het membraan), en de nood aan goed gedefinieerde waterige elektrolytoplossingen op basis van zoet water, wat een schaarse bron is. In dit project wordt een nieuw type (foto)elektrolysereactor ontwikkeld dat het gemak en het lage onderhoud van één-potsreacties combineert met de voordelen van een continue werking en rechtstreekse scheiding van reactieproduction zoals bij gecompartimenteerde elektrolysereactoren. Dit zit vervat in een nieuw type (foto)elektrolysereactor die continu kan werken en waarin geen membraan verwerkt zit. Het reactorontwerp maakt zowel elektro- als foto(elektro)chemische watersplitsing mogelijk. Het project richt zich op de optimalisatie van het geometrische reactorontwerp, de experimentele validatie van een productzuiverheid van minimaal 95%, en welke zelfs gericht is op >99%, en een demonstratie van de compatibiliteit van het ontwerp met het gebruik van zonlicht als drijvende kracht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ARCLATH-2 project heeft als doel een antwoord te bieden aan bestaande nadelen inzake veilig transport en opslag van waterstof via het ontwikkelen van een nieuwe concept gebaseerd op clathraten. Na vooronderzoek tijdens het ARCLATH-1 project is bewezen dat dit concept werkt en dat waterstof inderdaad kan opgeslagen worden in clathraten bij technische en economische relevante condities, zoals druk en temperatuur. In dit ARCLATH-2 vervolgproject zal getracht worden de waterstof opslagcapaciteit te maximaliseren bij gelijkaardige druk en temperatuur condities. Tevens zal binnen dit project een praktisch proces ontwikkeld worden voor reversibele waterstofopslag en -afgifte gebaseerd op 'pressure swing cycling' technologie op laboschaal.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project wordt uitgevoerd door Universiteit Antwerpen en VITO, en ondersteund door het Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw (OCW). Twee mogelijke oplossingen worden hierbij onderzocht om de vrijgave van zink uit rubbergranulaat te verhinderen; enerzijds door het coaten van de rubberkorrels (UAntwerpen) en anderzijds door de vrijkomende schadelijke bestanddelen op te vangen in een sorbent voor ze in de omgeving terecht komen (VITO). Eventuele oplossingen kunnen nadien (fase II) echter verder ontwikkeld worden en ook dienen voor diverse toepassingen van rubbergranulaat waar de milieuproblematiek een rol speelt. In het vervolgonderzoek zal eveneens aandacht besteed worden aan de recycleerbaarheid en duurzaamheid van beide oplossingen (invloed van veroudering en/of uitzonderlijke weersomstandigheden).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vuye Cedric
• Co-promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Blom Johan
• Co-promotor: Blust Ronny
• Co-promotor: Dardenne Freddy
• Co-promotor: Vande Velde Christophe
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Duurzame verhardingen en asfaltonderzoek (SuPAR)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De kwantitatieve detective van vluchtige organische componenten (VOCs) is een essentiële maar uitdagende taak met een brede waaier aan toepassingen: het vaststellen van ziektes op basis van ademanalyse, het opvolgen van de kwaliteit van binnenlucht, het verifiëren van de versheid van voedsel, het detecteren van explosieven, etc. Omwille van de tekortkomingen van huidige gassensoren is er een dringende vraag naar een nieuwe generatie van gevoelige en selectieve VOC sensoren. Dit doctoraatsproject mikt op een nieuw type van spectroscopische sensoren dat deze uitdaging aankan door een combinatie van (1) het ontwerp van licht-materie interacties op nanoschaal, (2) de groei van dunne poreuze lagen met een sterke VOC adsorptieaffiniteit, en (3) een biomimetische aanpak om de data van een reeks gedeeltelijk selectieve sensoren samen te voegen. Deze concepten zullen voor de eerste keer gecombineerd worden door de nauwe samenwerken tussen onderzoekers aan verschillende universiteiten en zullen gedemonstreerd worden in de detectie van drie schadelijke VOCs in gesimuleerde binnenlucht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Om de grote maatschappelijke problemen,luchtvervuiling en alternatieve energie, aan te pakken combineren wij in dit project een luchtzuivering die samen gaat met de opwekkingvan groene energie op zonne-energie. Meer concreet betreft dit de foto-elektro-chemische ontbinding van vluchtige organische componenten (VOC) en CO2 om waterstof en mierenzuur te produceren. In de huidige processen, die grotendeels zijn gebaseerd op titania elektroden of edele metalen elektroden is het rendement beperkt. Dit is o.a. te wijten aan de beperkte bandbreedte van de elektroden en de snelle recombinatie van de vrijgestelde electronen. Wij zullen dit probleem aanpakken door metaalvrije en hoogporeuze elektroden te ontwikkelen die thermodynamisch zeer stabiel zijn. Naast het bijkomende voordeel dat de bandbreedte gemakkelijk kan worden aangepast, zijn deze materialen ook goedkoop. Het grote probleem in het gebruik van deze materialen is hun beperkte elektrische geleidbaarheid. Daarom zullen we deze nieuwe materialen (COFs - Covalent Organic Frameworks) covalent binden op "Carbon Fibre Cloth (CFC)". Twee groepen werken samen aan dit project: de COMOC groep in Gent is gespecialiseerd in de ontwikkeling van dergelijke innovatieve materialen en de DuEL group in Antwerpen zijn experten in dergelijke foto-elektro-katalytische cellen. Wij streven ernaar deze technologie tot een punt te brengen waar een inpassing in een industriële setting mogelijk wordt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Methaan is een belangrijk broeikasgas waarvan de concentratie sterk toeneemt. Als tweede belangrijkste veroorzaker van het broeikaseffect, moeten we naast het voorkomen van emissies ook zorgen voor het verwijderen van methaan emissies. In dit project wordt een fotoelektrochemische cel bestudeerd. In deze PEC wordt de methaanafbraak aan de foto anode gecombineerd met waterstof productie aan de anode. Met enkel zonlicht als duurzame energie bron worden er dus schadelijke gassen afgebroken en simultaan H2 geproduceerd. In samenwerking met Wuhan University of Technology worden foto anode materialen, nanostructuren en synthese strategieën onderzocht. De samenstelling van verschillende gas mengsels en de invloed van de reactiecondities op de cel performantie en de materialen worden bestudeerd. De foton gedreven omzetting in een PEC cel waarbij simultaan CH4 gemineraliseerd en H2 geproduceerd wordt is een beloftevolle duurzame technologie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Van Hal Myrthe

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UAntwerpen (Duurzame Energie, Water- & Luchttechnologie, DuEL) en anderzijds de opdrachtgever. DuEL levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hoge resolutie Raman beeldvorming is een veelzijdige beeldvormingstechniek die gedetailleerde kaarten oplevert over de chemische samenstelling van zowel technische als biologische monsters. De apparatuur in al zijn facetten beschreven in deze aanvraag is nog niet beschikbaar aan UAntwerpen en is sterk complementair bij de high-end chemische analysetechnieken (XRF, XRD, IR, SEM-EDX-WDX, LA-ICP-MS) reeds beschikbaar aan UAntwerpen voor materiaalkarakterisering. Hoge resolutie Raman beeldvorming zal met hoge resolutie de laatste details (structurele vingerafdruk) van het materiaal prijs geven. De Raman-microscoop moet zo veelzijdig mogelijk zijn, om potentiële toekomstige technologische verbeteringen te ondersteunen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Caen Joost
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektronen paramagnetische resonantie (EPR) biedt een uniek instrument voor de karakterisatie van paramagnetische systemen in biologische en synthetische materialen. EPR wordt gebruikt in diverse onderzoeksgebieden, zoals biologie, chemie, fysica, geneeskunde en materiaalwetenschappen. Het is een verzamelnaam voor verschillende technieken, waarbij de gepulste EPR methoden de veelzijdigste zijn en gedetailleerde informatie kunnen geven. De UAntwerpen heeft een gepulste en hoog-veld EPR-faciliteit die uniek is in België. De basis continue-golf EPR instrumentatie is echter dringend aan een upgrade toe. Verder werd recent een nieuw tijdperk in EPR spectroscopie ingeluid dankzij de technische ontwikkeling van AWGs (arbitrary waveform generators) met een kloksnelheid hoger dan een gigahertz. Deze AWGs laten nieuwe experimenten met specifieke pulsvormen toe waardoor veel gedetailleerdere informatie over de bestudeerde systemen kan bekomen worden. Bovendien verhoogt het de gevoeligheid en spectrale breedte van de EPR methoden enorm. Dit is belangrijk voor de studie van nanogestructureerde materialen en voor de detectie van actieve sites die transiënt gevormd worden tijdens katalyse, device-werking of reacties in biologische cellen, onderwerpen die van groot belang zijn voor het aanvragende consortium. De aangevraagde uitbreiding van de EPR faciliteit is essentieel om er voor te zorgen dat EPR aan de UAntwerpen in het voorveld blijft van dit heel snel veranderend onderzoeksgebied.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Cambré Sofie
• Co-promotor: Dewilde Sylvia
• Co-promotor: Maes Bert
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Van den bergh Wim
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie en Spectroscopie van Moleculen en Materialen (TSM²)
• Biofysica en Biomedische Fysica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit POC project is het evalueren en verbeteren van de fotokatalytische eigenschappen van hygiënische stootranden. Deze fotokatalytische activiteit verwijst naar vier specifieke eigenschappen: (1) zelfreinigend, (2) luchtzuiverend, (3) antibacterieel en (4) kleurvast. Om de verschillende modificatiestrategiën objectief te kunnen testen en vergelijken, zullen vier (ISO) gestandaardiseerde testprocedures worden geïnstalleerd, en controle-experimenten op bestaande materialen zullen worden uitgevoerd. Hierna zullen drie verschillende modificatiemethodes worden toegepast, waarvan de eerste gebaseerd is op een bestaande gepanteerde coatingmethode ontwikkeld door DuEL, terwijl de overige twee strategiën volledig nieuw zijn. De modificatie wordt als geslaagd beschouwd als ze leidt tot een stevig aangehechte deklaag die de originele materiaaleigenschappen van de stootrand niet aantast. Als ten minste één van de voorgestelde strategiën beloftevol blijkt, wordt het project verdergezet in een tweede fase waarin de aangepaste materialen in meer detail worden gekarakteriseerd, bijkomend worden gemodificeerd met plasmon-actieve nanodeeltjes en experimenteel getest. Daarna wordt een valorizatiecampagne ingezet die inhoudelijk gedreven wordt door de business case van de industriële partner. Een succesvolle toepassing van de resultaten van dit project zal het mogelijk maken om te voldoen aan zeer strikte hygiënische veiligheidsnormen en op die manier ook nieuwe marktsegmenten aan te boren, zoals de voedingssector, farmaceutische sector en gezondsheidssector.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UAntwerpen (Duurzame Energie, Water- & Luchttechnologie, DuEL) en anderzijds de opdrachtgever. DuEL levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doet van dit project is om verschillende (katalytische) technologieën te ontwikkelen voor de productie van CO als chemische component via de conversie vanuit CO2. De verschillende technologieën zullen vergeleken worden om hun potentieel te evalueren, en om veelbelovende strategieën te definiëren voor verdere ontwikkeling en opschaling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Lenaerts Silvia

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project wordt een proof-of-concept geleverd voor de opslag van waterstof in clathraten, een schatting gemaakt van het toepassingspotentieel en een interdisciplinair onderzoeksconsortium voor clathraatonderzoek opgericht. De haalbaarheid van waterstofopslag in clathraathydraten zal bestudeerd worden in technisch en economisch relevante omstandigheden van temperatuur en druk. De centrale onderzoekshypothese is om waterstofclathraten te stabiliseren en hun vorming zodanig te katalyseren dat een nieuwe technologie voor waterstofopslag kan ontwikkeld worden. De concrete doelstelling is om 5 wt% en 30 g/l opslagcapaciteit bij temperaturen boven 2C en een druk lager dan 100 bar te bereiken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door de grote bijdrage van roet aan de klimaatsverandering en de serieuze gezondheidsgevolgen, willen wij de zelf-reinigende en luchtzuiverende werking van fotokatalytische coatings onderzoeken en optimaliseren. Deze coatings kunnen simultaan roet oxideren en NOx reduceren zodat het gecoatte oppervlak proper blijft en de lucht zuiver. Voor fotokatalytische oxidatie wordt vaak TiO2 gebruikt als foto-actief materiaal. Het grootste nadeel van deze fotokatalysator is dat TiO2 enkel actief is in de UV regio van het zonlichtspectrum. Om de fotorespons uit te breiden tot het zichtbare licht, zijn edelmetaal nanopartikels (NPs) veelbelovend. In dit project zullen goud en zilver NPs samengevoegd worden om individuele minpunten te overkomen. Zo worden stabiele NPs met regelbare plasmonische eigenschappen bekomen. Deze plasmonische NPs worden ingebed in de TiO2 coatings om de fotorespons ervan uit te breiden, zodat zowel het UV als het zichtbare deel van het zonlicht gebruikt kunnen worden. Het plasmoneffect en de zelf-reinigende en luchtzuiverende werking van de coatings zullen bestudeerd worden in het laboratorium aan de hand van FTIR spectroscopie, contacthoekmetingen, digitaal beeldanalyse en actiespectrumanalyse. Dit wordt uitgebreid met valideringsexperimenten in steden, die de aandacht zullen trekken van het brede publiek en mogelijke investeerders. Deze technologie zal ontwikkeld worden van TRL 2/3 tot 5 inclusief kosteneffectiviteitsanalyse en verkenning van recyclage opties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Peeters Hannelore

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In 2012 stootte de internationale scheepvaart ca. 800 Mton CO2, 18.6 Mton NOx en 10.6 Mton SOx uit. Verder wordt verwacht dat deze emissies nog zullen toenemen met 250% tegen 2050 als er geen actie ondernomen wordt. Daarom is academisch onderzoek naar groenere alternatieven nodig en H2 blijkt hiervoor een veelbelovende kandidaat. In dit project zal abundant zeewater (i.p.v. het schaarse zuiver water) gesplitst worden in H2 en O2 m.b.v. TiO2-gebaseerde fotokatalysatoren. Het voornaamste nadeel van TiO2 is echter dat het enkel geactiveerd wordt door ultraviolet (UV) licht wat minder dan 5% van het zonnespectrum op aarde bedraagt. Als oplossing hiervoor zal het TiO2 worden gemodificeerd met geordende bimetallische goud-zilvernanopartikels (NP's) die sterk interageren met het zonlicht. De langetermijnstabiliteit, zelfs in zout milieu, wordt hierbij gegarandeerd door de plasmonische NP's te bedekken met een beschermende laag m.b.v. nat-chemische synthesetechnieken. De schil fungeert ook als een scheidingslaag tussen de plasmonische kernen en bepaalt hierdoor mee de interpartikelafstand en de vorming van hotspots. Alle structuren zullen worden gekarakteriseerd tot op nanoschaal en actiespectrumanalyse zal worden uitgevoerd i.s.m. de universiteit van Hokkaido. Daar zeewatersplitsing slechts recent in de aandacht is gekomen, kent het gebruik van plasmonische nanostructuren geen precedenten. Dit betekent dat de resultaten van dit project tot ver na de state-of-the-art zullen reiken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Dingenen Fons

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is het ontwikkelen van semi-actieve fotokatalytische systemen voor het bestrijden van luchtvervuiling in stedelijke omgevingen. Met semi-actieve systemen worden fotokatalytische systemen bedoeld met (i) een verhoogde functionaliteit (verbeterde activiteit onder zonlicht), (ii) waarbij de overdracht van polluenten naar de fotokatalytische oppervlakken wordt verbeterd (door natuurlijke of gedwongen convectie te induceren) en (iii) waarbij het zonlicht optimaal wordt gebruikt door het optimaliseren van de ontvangen lichtintensiteit. De hypothese is dat systemen die aan deze voorwaarden voldoen superieur zijn aan zogeheten passieve fotokatalytische systemen. In dit project zal een veelbelovende plasmonversterkte fotokatalytische coating, ontwikkeld door onze onderzoeksgroep, worden gekarakteriseerd in termen van gevoeligheid voor zonlicht. De relevante reactiekinetische parameters zullen hierbij worden bepaald en gebruikt voor het ontwerpen van semi-actieve luchtzuiveringssystemen op basis van computational fluid dynamics (CFD) -modellen, waardoor de noodzaak aan uitgebreide experimenten wordt beperkt. Het meest belovende systeem zal vervolgens op schaalmodel worden gebouwd en uitgebreid worden getest onder gecontroleerde omstandigheden. Tenslotte zal een demo systeem gebouwd worden in een realistische omgeving. Het uiteindelijke doel van het IOF-POC project is om de haalbaarheid van semi-actieve fotokatalytische systemen aan te tonen en zo de interesse van potentiële industriële partners en andere belanghebbenden te wekken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is het tegelijk aanpakken van twee belangrijke maatschappelijke noden: duurzame energieproductie en schone lucht. TiO2-gebaseerde fotokatalyse werd al met succes toegepast voor zowel lichtgedrevene waterstofgaswinning, als afbraak van organische vervuilende stoffen. Dit project heeft tot doel beide aspecten te combineren in één toepassing, waarbij dus een deel van de energie uit de vervuilende moleculen kan gerecupereerd worden als waterstofgas, terwijl de polluenten zelf worden afgebroken tot CO2. Dit proces wordt uitgevoerd in een foto-elektrochemische cel, met oxidatie van vluchtige organische stoffen ter hoogte van de fotoanode, en waterstofproductie aan de kathode. Om de celwerking goed te kunnen karakteriseren, is het cruciaal om de waterstofgasvorming precies en in-lijn te kunnen meten. Dit krediet wordt daarom aangewend voor de aankoop van een gaschromatograaf met BID (barrier ionization discharge) detectie, welke toelaat de waterstofconcentraties accuraat op te meten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Roet, een essentieel bestanddeel van fijnstof, wordt verantwoordelijk geacht voor een verdrievoudiging van het aantal vroegtijdige overlijdens tegen 2060. Daarom wordt in dit fundamenteel project de ontwikkeling van een efficiënte fotokatalysator bestudeerd voor roetafbraak, met (zon)licht als enige energie-input. Fotokatalytische oxidatie wordt meestal uitgevoerd met TiO2 als lichtgevoelig materiaal. Het grote nadeel van TiO2 is de grote bandkloof van deze halfgeleider, die binnen het zonnespectrum enkel overbrugd kan worden door de energie-inhoud van UV-licht. Om de activiteit uit te breiden naar het zichtbaar licht, kan het katalysatoroppervlak gemodificeerd worden met edelmetaal nanopartikels die sterke optische lokale plasmonresonantie-effecten vertonen. In dit project worden stabiele bimetallische nanopartikels van goud en zilver gesynthetiseerd. Door beide metalen met elkaar te combineren, kunnen hun individuele tekortkomingen vermeden worden, en kunnen bovendien de plasmonische eigenschappen makkelijk gestuurd worden over een breed golflengtegebied. Deze bimetallische nanopartikels zullen als een geordende structuur georganiseerd worden, en vervolgens worden gekarakteriseerd van bulk- tot nanoschaal. Een deel hiervan in samenwerking met het Institute for Catalysis van Hokkaido University, Japan. Het effect van plasmonen op het mechanisme van fotokatalytische roetafbraak wordt op een fundamenteel niveau bestudeerd via in-situ FTIR spectroscopie. Daarnaast worden meer grootschalige demonstratie-experimenten opgezet om ook aan het brede publiek de relevantie van dit onderzoek te kunnen demonstreren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Borah Rituraj

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Methaan is een belangrijk broeikasgas waarvan de concentratie sterk toeneemt. Als tweede belangrijkste veroorzaker van het broeikaseffect, moeten we naast het voorkomen van emissies ook zorgen voor het verwijderen van methaan emissies. In dit project wordt een fotoelektrochemische cel bestudeerd. In deze PEC wordt de methaanafbraak aan de foto anode gecombineerd met waterstof productie aan de anode. Met enkel zonlicht als duurzame energie bron worden er dus schadelijke gassen afgebroken en simultaan H2 geproduceerd. In samenwerking met Wuhan University of Technology worden foto anode materialen, nanostructuren en synthese strategieën onderzocht. De samenstelling van verschillende gas mengsels en de invloed van de reactiecondities op de cel performantie en de materialen worden bestudeerd. De foton gedreven omzetting in een PEC cel waarbij simultaan CH4 gemineraliseerd en H2 geproduceerd wordt is een beloftevolle duurzame technologie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Van Hal Myrthe

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van het PLASMON-ELECTROLIGHT-project is het ontwikkelen van een efficiënte detectiestrategie voor de bepaling van geneesmiddelen. De detectietechniek zal worden ontwikkeld op basis van een originele foto-elektrochemische detectiestrategie die wordt versterkt door gebruik van geavanceerde fotogevoelige materialen, plasmonische structuren en affiniteitsherkenning. De fotoactieve hybride materialen moeten zorgvuldig worden ontworpen door een rationele keuze van fotogevoelige materialen en metallische nanostructuren, theoretische modellering en experimentele correlaties. Vervolgens worden de materialen gecombineerd met bio-herkenningselementen en gebruikt als foto-elektrochemische sensor. Onze doelstellingen omvatten tevens een beter begrip van het mechanisme voor plasmonische verbetering van de activiteit van fotogevoelige materialen. Dit project zal bijdragen aan verschillende gebieden van sensor ontwikkeling, materiaalwetenschappen en energieconversie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit Hercules-voorstel omvat de installatie van zeefdrukfaciliteiten. Zeefdrukfaciliteiten stellen UAntwerpen in staat om te pionierswerk uit te voeren in het gebied van elektronica, sensoren en fotokatalyse door (1) ontwikkeling van unieke (foto) sensoren / detectoren (bijv. elektrochemische sensoren, fotovoltaïsche cellen, fotokatalyse) door printen van (half) geleidende materialen op substraten, (2) onderdelen van modules Internet of Things te ontwerpen met meer flexibiliteit. Dit laat toe om tegelijkertijd een uniek valorisatiepotentieel en IP-positie te creëren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Caen Joost
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Samson Roeland
• Co-promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Weyn Maarten

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Processen in energietoepassingen en katalyse, zowel als biologische processen, worden steeds belangrijker door de toenemende aandacht in de samenleving voor duurzame energiebronnen en technologieën. Voor een grondig begrip van deze processen, moeten we ze kunnen volgen tot op nano- of atomaire schaal. Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) is hiervoor de optimale techniek, maar in zijn conventionele opstelling is het nodig dat het studieobject in ultrahoog vacuüm wordt geplaatst, wat de studie van processen onmogelijk maakt. Binnen deze aanvraag stellen we daarom voor om de studieobjecten met behulp van omgevingshouders in een gas/damp of vloeistofomgeving in de microscoop te plaatsen (en dit bij verschillende temperaturen). Op deze manier wordt beeldvorming, spectroscopie en diffractie van processen in reële tijd mogelijk. Deze infrastructuur zal verschillende onderzoeksgroepen binnen de Universiteit Antwerpen toelaten om innovatieve experimenten en vernieuwend onderzoek uit te voeren waarvoor de kennis van processen en interacties nodig is, zoals de interactie van vaste stoffen met gassen/dampen of vloeistoffen voor katalyse, de processen die voorkomen bij het laden en ontladen van batterijen, de nucleatie en groei van nanodeeltjes en de gedetailleerde ontrafeling van intracellulaire pathways in biologische processen relevant voor toekomstige cel-gebaseerde therapieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is de ontwikkeling van een marktrijpe zelfreinigende deklaag. Het zelfreinigend effect is te danken aan de fotokatalytische werking van de deklaag. Hierbij worden vervuilende organische stoffen afgebroken onder invloed van licht en een halfgeleider (hier TiO2) als katalysator. De grote uitdaging van dit project bestaat erin om de lichtabsorptie-efficiëntie van de deklaag gevoelig te verbeteren. Tegelijk moet de deklaag zo transparant en kostenefficiënt mogelijk gehouden worden. Na het optimaliseren van de verschillende syntheseparameters en het evalueren van de kosteneffectiviteit, is het ultieme doel een aantal concrete prototypes te ontwikkelen die kunnen illustreren hoe deze deklaag kan toegepast worden in de bouwsector (bv. als zelfreinigende ramen in wolkenkrabbers), als transparante dekplaten op zonnepanelen, of als zelfreinigende wanden voor aquaria.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Lenaerts Silvia

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Prijs van de Onderzoeksraad 2017 - Prijs Verbeure: Toegepaste en Exacte Wetenschappen. Het budget dat gepaard gaat met deze prijs wordt aangewend voor de verdere uitbouw en disseminatie van het onderzoek naar het gebruik van plasmoneffecten om fotokatalyse efficiënter te maken. Zowel het achterhalen van het fundamenteel werkingsmechanisme, als het zo breed mogelijk toepassen van de technologie zijn speerpunten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Methaan is een broeikasgas dat 23 keer sterker is dan CO2, en dan bovendien sterker toeneemt in de atmosfeer. Methaan levert dus de tweede grootste bijdrage tot het versterkt broeikaseffect, en vraagt dus om duurzame oplossingen om de stijgende methaanconcentratie in de atmosfeer aan te pakken. In dit project wordt een foto elektrochemische cel (PEC) bestudeerd, die methaan uitstoot aan de bron kan aanpakken. In deze PEC gebeurt er aan de foto anode een mineralisatie van methaan die resulteert aan de kathode in de uitstoot van waterstof. Beide processen worden dus gecombineerd in een toestel dat enkel zonlicht gebruikt als energiebron. In een eerste fase zal het foto anode materiaal bestudeerd worden, waarbij dus ook minder conventionele materialen, nano gestructureerde materialen en synthese strategieën aan bod komen. Dan zal de invloed van verschillende andere gassen (O2, CO2, NOx, H2O, NH3) in de methaan flow op de cel performantie en op de anode bestudeerd worden. Ten slotte wordt de invloed van de reactiecondities (temperatuur, flow en licht intensiteit) op de foto gebaseerde processen bestudeerd. Samengevat zal in dit project de foto elektrochemische technologie voor de energie efficiënte afbraak van methaan stromen tot waterstof bestudeerd worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Van Hal Myrthe

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Praktische toepassingen van zonlicht-gedreven fotokatalytische reacties in de vloeistoffase hebben te kampen met twee belangrijke problemen: (i) beperkte absorptie van (zichtbaar) licht en (ii) problematische nabehandeling voor het afscheiden van de nano-gedimensioneerde katalysatoren. In dit BOF-KP wordt een technologie voorgesteld die beide problemen tegelijk aanpakt. Ten eerste zullen gestabiliseerde magnetische nanoclusters ontwikkeld worden die zeer vlot en effectief uit de suspensie kunnen gerecupereerd worden. Daarna worden hier plasmon-actieve nanopartikels/fotokatalysatoren aan vastgehecht met een uitgesproken UV-zichtbaar licht respons. Hierdoor zal de werkingskost van dergelijke processen sterk dalen omdat gratis zonlicht nu ten volle benut kan worden. Daarbij komt dat ook kosten gelinkt met katalysatorafscheiding verder in het proces vermeden worden. De magnetische plasmon-actieve fotokatalysatoren zullen getest worden in afvalwaterbehandeling (degradatie van fenol), terwijl magnetische plasmon-nanopartikels gebruikt zullen worden als katalysator voor de rechtstreekse foto-conversie van aniline tot di-azobenzeen. Het gebruik van dergelijke plasmon-nanopartikels voor rechtstreekse fotochemische conversies zorgt voor een groen alternatief voor de traditionele processen die uitgevoerd worden bij hoge temperatuur en/of druk, stoichiometrische hoeveelheden van specifieke chemicaliën vereisen en zo leiden tot ongewenste neven- en afvalstromen. De techniek die in dit BOF-KP wordt voorgesteld maakt enkel gebruik van gratis zonlicht als energiebron, een nano-katalysator die toch makkelijk kan gerecupereerd worden, er worden geen extra chemicaliën toegevoegd en de ganse reactie vindt plaats bij kamertemperatuur.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Luchtvervuiling is één van de problemen die sinds begin 21e eeuw de aandacht getrokken heeft. Vluchtige organische componenten (VOC's), onder andere afkomstig van meubilair en bouwmaterialen, zijn belangrijke polluenten en de concentratie ervan in binnenlucht is vaak vele malen hoger dan in buitenlucht. Het doel is de complete mineralisatie van VOCs via fotokatalytische oxidatie, waarmee er gewerkt kan worden onder milde reactiecondities (lage druk en temperatuur). De methode die zal toegepast worden is de VOC's uit de gasfase transfereren naar de waterfase via een gaswasser om op deze manier een efficiënte fotokatalytische afbraak te garanderen onder UV licht. De lichtefficiëntie zal op twee verschillende methodes geoptimaliseerd worden. De eerste methode is via het modificeren van standaard TiO2 met plasmon-actieve zilver nanostructuren. Deze nanostructuren vertonen surface plasmon resonance (SPR) in het UV gebied, wat een significante elektrische near-field versterking met zich meebrengt. Door de opbouw van deze intense, lokale elektrische velden is er een sterke toename in het aantal gevormde ladingsdragers. De voorwaarde voor dit zogenaamde "lens effect", is dat er een overeenkomst moet zijn tussen de energie van de band gap van de halfgeleider en de energie geassocieerd met SPR, hetgeen het geval is tussen TiO2 en zilver nanostructuren. Een tweede methode om de UV lichtefficiëntie te verhogen, is via het reactordesign. Hiervoor zal er in de eerste plaats gebruik gemaakt worden van een gaswasser om de gecontamineerde luchtstroom te transfereren naar de waterfase. Op deze manier vind er een aanrijking plaats van de VOC's in de waterfase. Daarna zullen de VOC's fotokatalytisch afgebroken worden in de waterfase, hetgeen een veel beter gekend concept is dan afbraak in de gasfase. De VOC afbraak in de waterfase zal gebeuren via een geoptimaliseerd design, waarbij een UV transparante capillaire buis, die langs de binnenkant gecoat wordt met het foto-actieve materiaal en waardoor het water zal stromen, rond een UV lichtbron gewikkeld wordt. Op deze manier verhoogt de contacttijd met de katalysator aanzienlijk. Verder wordt ook het katalysatoroppervlak continu gewassen waardoor deactivatie vermeden wordt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Blommaerts Natan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit "Klein Project" worden TiO2-gebaseerde foto-anodes gemodificeerd met plasmonactieve edelmetaalnanopartikels. Die zorgen voor het uitbreiden van het werkingsgebied naar het zichtbaar lichtdeel van het zonnespectrum. De belangrijkste doelstellingen van het project zijn de foto-elektrochemische karakterisering van de plasmonactieve TiO2 foto-anodes en het begrijpen van het fundamenteel werkingsmechanisme achter de plasmonversterking.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onze huidige maatschappij wordt gekenmerkt door twee grote noden: de zoektocht naar duurzame energie en een schone leefomgeving. In dit project wordt getracht tegelijk aan beide noden tegemoet te komen door de ontwikkeling van één enkel instrument. Vervuilde lucht wordt aangevoerd ter hoogte van de foto-anode van een foto-elektrochemische cel. De anode bestaat uit TiO2 en zorgt voor de fotokatalytische afbraak van de polluenten onder belichting. Gevormde protonen diffunderen naar de kathode van de cel, waar ze doormiddel van omgeleide foto-elektronen gereduceerd worden tot waterstofgas als duurzame bron van energie. Naast de ontwikkeling en optimalisatie van dergelijk instrument ligt de focus van het onderzoek op het gevoelig maken van de cel voor zichtbaar licht (zonlicht) door de incorporatie van edelmetaal nanopartikels die plasmon resonantie vertonen, en het begrijpen van de interacties tussen licht en deze materie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Fotokatalyse wordt bestudeerd als veelbelovende techniek voor de degradatie van VOC's uit de lucht. De efficiëntie van dergelijke reacties moet nog verbeterd kunnen worden. Hiervoor wordt in dit project de optische respons van het materiaal aangepast d.m.v. edelmetaal nanopartikels. Periodieke structuren van dergelijke partikels wekken lokale oppervlakte-plasmon-resonanties op, welke door hun aanpasbare golflengtegevoeligheid, de versterking van het elektromagnetisch veld en het concept van 'vertraagd licht', de fotokatalytische efficiëntie kunnen verhogen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Fotokatalyse wordt bestudeerd als veelbelovende techniek voor de degradatie van VOC's uit de lucht. De efficiëntie van dergelijke reacties moet nog verbeterd kunnen worden. Hiervoor wordt in dit project de optische respons van het materiaal aangepast d.m.v. edelmetaal nanopartikels. Periodieke structuren van dergelijke partikels wekken lokale oppervlakte-plasmon-resonanties op, welke door hun aanpasbare golflengtegevoeligheid, de versterking van het elektromagnetisch veld en het concept van 'vertraagd licht', de fotokatalytische efficiëntie kunnen verhogen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject