J1-50020: Preučevanje vloge defektov v adsorpcijskih mehanizmih kovinsko organskih poroznih materialov in priprava steklastih kompozitov
Šifra projekta / Project code: J1-50020
Naslov SLO/ANG: Preučevanje vloge defektov v adsorpcijskih mehanizmih kovinsko organskih poroznih materialov in priprava steklastih kompozitov / Investigating the role of defects in adsorption mechanisms of metal-organic frameworks and fabrication of crystal-glass composites
Vodja projekta: dr. Andraž Krajnc
1. VSEBINSKI OPIS PROJEKTA:
Z optimiziranimi adsorbenti bi lahko veliko prispevali k zmanjšanju ogljičnega odtisa in porabe energije v industrijskih separacijskih procesih ter pri ogrevanju in hlajenju gospodinjstev, ki trenutno predstavljajo do 40 % celotne svetovne porabe energije. Med vsemi znanimi adsorbenti so kovinsko-organski porozni materiali (MOFi) najbolj prilagodljivi in obetavni materiali za vsestransko uporabo v te namene. Dobre lastnosti MOFov so v mnogih primerih neposredno povezane s strukturnimi defekti in neurejenostjo. Vendar pa identifikacija defektov, njihov položaj v strukturi in načrtno kreiranje količine in porazdelitve z namenom spreminjanja makroskopskih lastnosti, še vedno predstavljajo velik izziv.
V raziskovalnem projektu bomo sistematično preučevali inherentne in namerno ustvarjene defekte v zeolitno imidazolatnih ogrodjih (ZIFih), ki veljajo za obetavno podskupino MOFov, po podobnosti strukture pa spominjajo na bolj znano skupino anorganskih materialov – zeolite. Ocenili bomo vpliv defektov na adsorpcijske lastnosti, s poudarkom na adsorpciji majhnih molekul alkohola. Razumevanje mehanizmov adsorpcije alkohola je še posebej pomembno za nadaljnjo optimizacijo materialov za njihovo učinkovito uporabo v adsorpcijskih procesih čiščenja biogoriv in za izboljšanje njihovih lastnosti v sistemih za premeščanje nizko-temperaturne toplote. Zaradi nizkega vrelišča in hitrejše kinetike ima uporaba alkoholov v teh aplikacijah prednost pred sicer najpogosteje uporabljenim delovnim medijem - vodo.
Strukturna karakterizacija bo potekala z naprednimi metodami jedrske magnetne resonance v trdnem (SSNMR), pri čemer bomo za študij defektov v ZIFih in za študij interakcij med adsorbentom in plinom/paro, razvili kar nekaj novih pristopov. Pred kratkim so ugotovili, da lahko ZIFi preidejo v tekoče stanje in jih je s hitrim ohlajanjem mogoče oblikovati v stekla. Ta novo odkrita stekla, so šele četrta vrsta stekel in edina med njimi, ki ohranijo mikroporoznost dostopno za različne pline, brez posebnih po-sinteznih modifikacij. To odpira povsem nove možnosti za oblikovanje teh funkcionalnih materialov v steklaste monolite in kristalno-steklaste kompozite.
V zadnjem delu projekta bomo najobetavnejše ZIFe pripravili kot stekla in kristalno-steklaste kompozite. S SSNMR bomo preučili interakcije na meji med kristaliničnimi in steklastimi nanodomenami ter primerjali adsorpcijske lastnosti kompozitov z izvornimi ZIFi.
a. Osnovni podatki glede financiranja:
Projekt financira ARIS v okviru cenovne kategorije C za obdobje 3 let v obsegu 2017 letnimi urami. Pričetek financiranja je 01. 10. 2023.
The project is co-financed by ARIS with 2017 annual hours of price class C for a period of 3 years. Funding starts on 01. 10. 2023.
b. Sestava projektne skupine s povezavami na SICRIS
Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini sodelujejo / At the National Institute of Chemistry the project group includes:
- Andraž Krajnc, 35379, https://cris.cobiss.net/ecris/si/en/researcher/40397
- Nataša Zabukovec Logar, 14120, https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/8326
- Matjaž Mazaj, 25023, https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/18368
- Ciara Susan Byrne, 53731, https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/50192
- Janez Volavšek, 52008, https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/48327
- Marija Švegovec, 55961, https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/52785
2. FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA
1. Sinteza & uvajanje defektov (1.-12. mes)
2. Oblikovanje ZIFov (13.-24. mes)
3. Adsorpcija & kinetika (4.-27. mes)
4. Osnovna karakterizacija (1.-24. mes)
5. Razvoj metod (7.-27. mes)
6. Napredna karakterizacija (10.-36. mes)
3. BIBLIOGRAFSKE REFERENCE, KI IZHAJAJO NEPOSREDNO IZ IZVAJANJA PROJEKTA
Trenutno še ni objavljenih del, ki bi izhajala iz projekta.
4. LOGOTIP ARIS IN DRUGIH SOFINANCERJEV