Arvostettu kahden miljoonan euron ERC-rahoitus fotokatalyyttien tutkimukseen Oulun yliopistossa

Aika-avaruus määrittää materian olemassaolon paikan ja ajan. Esimerkiksi kestävää kehitystä voidaan ajatella ihmiskunnan kykynä ylläpitää hyvinvointia tulevaisuudessa (ajassa) Maa-planeetalla (paikassa). Fotokatalyysi on tärkeässä roolissa tiellä kohti kestävää tulevaisuutta. Kuten yhteyttäminen kasveissa tuottaa sokereita ja happea vedestä ja hiilidioksidista auringonvalon vaikutuksesta, fotokatalyyttejä voidaan käyttää saasteiden poistamiseen vedestä ja vedyn tuotantoon auringonvaloa hyödyntäen. Vaikka katalyyttien kehittämiseen on panostettu runsaasti voimavaroja, ei niiden tehokkuus edelleenkään ole riittävän korkea käytännön sovellusten näkökulmasta.

Materian ulottuvuudet ovat yleensä hyvin määriteltyjä, esimerkkeinä kolmiulotteiset (3D) kiteet, kaksiulotteiset (2D) pinnat, yksiulotteiset (1D) nanolangat ja nollaulotteiset (0D) atomit. Yksikerroksisen grafeenin löytäminen rikkoi tämän määritelmän rajoja uuden luokan materiaalina, “atomisena (0D) kiteenä (3D)” kahdessa ulottuvuudessa. Grafeenin sukulaiset, kaksiulotteiset puolijohteet ovat samalla tavoin paradoksaalisia materiaaleja, mutta puolijohtavien ominaisuuksien ansiosta niitä voidaan käyttää fotokatalyysissa. Kysymys onkin, voivatko nämä ulottuvuudellisesti ainutlaatuiset kaksiulotteiset puolijohteet ylittää käytännön fotokatalyytteihin liittyvät esteet ja mahdollistaa ihmiskunnan kestävän tulevaisuuden planeetallamme.

ERC-projektissaan tohtori Wei Cao ja hänen ryhmänsä hyödyntävät näitä ominaisuuksia korkean suorituskyvyn valokatalyyttien luomisessa. Prosessissa keskitytään ulottuvuudellisesti paradoksaalisten kaksiulotteisten puolijohteiden, niin kutsuttujen atomikiteiden, aktivointiin. Nämä kaksiulotteiset levyt aktivoidaan käyttäen erilaisia heteroliitoslisäaineita, jolloin niiden fotokatalyyttisen aktiivisuuden odotetaan paranevan merkittävästi ja täyttävän käytännön sovellusten vaatimukset.

Yleisistä materiaalisuunnittelun reiteistä poiketen projekti pyrkii vastaamaan materiaalitekniikan ongelmiin käyttäen apuna fysiikan perustutkimusta uraauurtavalla poikkitieteellisellä tavalla. Materiaalien ulottuvuustutkimuksen avulla projektin odotetaan auttavan ratkaisemaan fotokatalyyttien tehokkuuteen liittyvät ongelmat ja johtavan materiaali-innovaatioihin kestävän tulevaisuuden saavuttamiseksi.

Projekti vahvistaa Associate Professor Caon funktionaalisten materiaalien tutkimusryhmän toimintaa Nano- ja Molekyylisysteemien tutkimusyksikössä Oulun yliopistossa. Fotokatalyysin lisäksi Caon ryhmä edistää jatkuvasti myös tutkimusta biomimiikan ja uuden sukupolven terästen aloilla. Ryhmä on perustettu vuonna 2012, kun Wei Cao aloitti työskentelyn Oulun yliopistossa. Tätä ennen Cao on työskennellyt Kanadassa tutkijatohtorina väiteltyään tohtoriksi Sveitsissä.

Erittäin kilpailtu ERC Consolidator Grant -rahoitus myönnettiin tällä hakukierroksella 327 saajalle 23 eri maasta. Rahoitusta myönnettiin yhteensä 655 miljoonaa euroa.