Hidrofilni porozni materiali so zelo obetavni materiali za skladiščenje in transformacijo energije na osnovi vodne sorpcije. V tej študiji se kot material za shranjevanje energije predlaga porozni, zeolitom podobni aluminofosfat s topologijo LTA (Linde tip A). V skladu s sorpcijskimi in kalorimetričnimi preskusi je aluminofosfat boljši od vseh drugih zeolitnih in kovinsko-organskih poroznih materialov, ki so bili testirani do sedaj. Adsorbira vodo v zelo ozkem intervalu relativnega tlaka (0,10 (p/p0 (0,15) in ima boljši izkoristek vode (0,42 g g-1) in zmogljivost shranjevanja energije (527 kW h m-3). Prav tako kaže izjemno hidrotermično stabilnos; po 40 ciklih adsorpcije/desorpcije se njegova zmogljivost zmanjša za manj kot 2%. Desorpcijska temperatura za ta material, ki je eden od ključnih parametrov v aplikacijah, je nižja od desorpcijskih temperatur drugih testiranih materialov za 10–15 ° C. Na mikroskopski lestvici smo mehanizem sorpcije v AlPO4-LTA pojasnili z rentgensko difrakcijo, meritvami jedrske magnetne resonance in računskimi pristopi. Videoabstract: https://www.youtube.com/watch?v=S2GVaWzFGkE Raziskava je bila osnovana na naši napovedi, objavljeni leta 2012 v Advanced Functional Materials, kjer smo na primeru aluminofosfata AlPO4-TRIC napovedali potrebne strukturne lastnosti poroznih materialov za učinkovito shranjevanje nizkotemepraturne toplote, in jih z zadnjo raziskavo tudi potrdili.
COBISS.SI-ID: 6070810
Predstavljena je nova metoda, s katero lahko preučujemo prostorsko porazdelitev različnih organskih molekul, ki tvorijo ogrodja v kovinsko-organskih poroznih materialih. Metoda močno poenostavi določitev porazdelitve linkerjev glede na prej predstavljeni proceduri (markiranje z izotopi ali študij posameznih delov monokristalov z rezanjem monokristala), ki sta bili sicer obe objavljeni v reviji Science. Metoda temelji na meritvah hitrosti spinske difuzije z jedrsko magnetno resonanco in modeliranju različnih porazdelitev molekul. Metoda razloči med primeri, kjer so različne molekule zbrane v domenah, in primeri, kjer so molekule razporejene enakomerno po celotnem materialu. Primerna je za raziskave raznovrstnih heterogenih ali neurejenih materialov, ne le kovinsko-organskih poroznih materialov z več različnimi organskimi molekulami ali funkcionalnimi skupinami.
COBISS.SI-ID: 5735962
Kovinsko-organski porozni material HKUST-1 smo pripravili s kristalizacijo v NH2-modificiranem mezostrukturnem silicijevem dioksidu FDU-12, da bi se izboljšala njegova strukturna stabilnost pri izpostavljenosti vlagi. Poglobljene strukturne študije pripravljenega kompozitnega materiala so potrdile uspešno oblikovanje MOF faze v urejenih sferičnih mezoporah matrice silicijevega dioksida. Pokazali smo, da je MOF popolnoma dostopen za adsorbirane molekule plina (CO2, H2, CH4), kljub ujetosti v votlinah mezoporozne silikatne matrice. V nasprotju z čistim praškastim HKUST-1 materialom, ki v vlažnem okolju počasi degradira, struktura HKUST-1 kompozita v vlažnem okolju ostane nespremenjena, tudi po namakanju in mešanju v vodi pri povišani temperaturi.
COBISS.SI-ID: 6253850
Pripravili smo dva hibridna materiala HKUST-1(Cu)@ polyHIPE in MOF-5 (Zn)@ polyHIPE, pri čemer so bili kovinsko-organski porozni materiali pridobljeni in situ iz CuO- in ZnO-nanodelcev s sekundarno prekristalizacijo. Transformacija nanodelcev v MOFe se je izkazala kot izvedljiva in učinkovita tehnika za pripravo MOF@polyHIPE hibridnih materialov z visoko vsebnostjo MOF, in sicer več kot 75 ut.%. MOF faza v hibridnih polyHIPE-ih, ki je opisana v članku, izkazuje izjemno dobro dostopnost mikropor, strukturno hidrostabilnost in trajno sposobnost adsorpcije CO2 v vlažnih pogojih, ki jih ni mogoče doseči z nobeno od do sedaj opisanih metod.
COBISS.SI-ID: 6072090
Granuliran zeolit Y brez veziva smo posintezno modificirali z namenom optimizacije materiala za shranjevanje toplote za nižje temperature aktivacije. Uporabili smo postopke, kot je obdelava z EDTA, z HCl in ionska izmenjava (Mg2+) s kislinsko obdelavo. Vsi modificirani vzorci so pokazali znižanje temperature desorpcije od 10 do 30 °C v primerjavi z nemodificiranim vzorcem; povečana je bila samo temperatura desorpcije ionsko izmenjanega in nato kislinsko obdelanega vzorca. Natančno smo preučili učinek različnih obdelav na strukturne lastnosti materialov, vključno z nastankom strukturnih defektov. Gostoto shranjevanja energije naših materialov smo primerjali z enim od trenutno uporabljanih adsorbentov (zeolit X) in izračunali povišanje do 50%.
COBISS.SI-ID: 6387482
V okviru razvoja metod NMR kristalografije smo skušali ugotoviti, s katerim računskim pristopom lahko najbolje napovemo paramagnetne premike, ki jih v NMR spektrih paramagnetnih materialov zaznamo zaradi močne hiperfine sklopitve med jedri atomov in nesparjenimi elektroni paramagnetnih centrov. Izkazalo se je, da so najboljše napovedi paramagnetnih premikov dali kvantno-mehanski računi v okviru teorije gostotnega funkcionala (DFT) z bazo lokaliziranih funkcij, pri čemer smo za izmenjalno-korelacijski funkcional vzeli hibridni funkcional PBE0. S pomočjo tega znanja smo preučili kompleksen kovinsko-organski material MIL-100, v katerem kovinska mesta zasedajo ioni Fe(III) in Al(III). Tu smo z NMR meritvami in računi v okviru DFT, ob podpori drugih spektroskopskih metod, uspeli razložiti magnetne lastnosti materiala in razporeditev Al in Fe po vzorcu.
COBISS.SI-ID: 32220711
Z NMR meritvami z metodo, ki smo jo razvili za študij nehomogenih in neurejenih materialov, smo sodelovali pri raziskavah nove vrste stekel, ki jih sestavljajo kovinski centri in organski ligandi. Ta stekla so ob oksidnih, kovinskih in organskih steklih četrta vrsta stekel, prva nova vrsta, ki je bila odkrita po letu 1960. V okviru raziskav smo prvič pripravili steklo, ki po vitrifikaciji vsebuje pore in tako lahko absorbira znatne količine nekaterih plinov. Ključna za pripravo poroznega stekla je bila izbira takega izhodiščnega kristaliničnega cink-imidazolatnega materiala, ZIF-76, ki ima že v osnovi velike pore in katerega imidazolatni gradniki so dovolj veliki in razvejani, da se po hitri ohladitvi taline ne morejo zgostiti v povsem neporozno steklo. Prav tako smo pripravili in preučili steklo iz kristaliničnega ZIF-62, ki je izkazal doslej največjo zmožnost tvorjenja stekel med vsemi materiali. To pomeni, da ima ZIF-62 največje razmerje Tg/Tm, kjer je Tm temperatura taljenja kristalnega ZIF-62 in Tg temperatura prehoda stekla v talino. Rezultate dveh raziskav smo predstavili v člankih v dveh uglednih revijah, Nature Communications in Science Advances.
COBISS.SI-ID: 6532378
V članku smo prvič poročali o oblikovanju učinkovitih TiO2-SiO2 filmov iz koloidne raztopine TiO2 nanodelcev (AS) in mezoporoznega SiO2 (SBA-15) v molskem razmerju TiO2: SiO2 = 1: 1 po enostavnem in poceni postopku. AS/SBA-15 kompozitni filmi na steklenih nosilcih v laboratorijskem fotoreaktorju 100 % razgradnjo toluen in 91% formaldehid pri sobni temperaturi in UV svetlobi. Pripravljeni TiO2-SiO2 filmi so uporabni za vgradne filtre v čistilcih zraka.
COBISS.SI-ID: 5823258
Ni nanodelce smo pridobili in situ iz kovinsko-organskega poroznega ogrodja MIL-77, ki je vsebovalo Ni. Katalitsko aktivnost in selektivnost tako pridobljenih Ni nanodelcev smo primerjali s komercialnim katalizatorjem Ni nanodelcev na aluminatno-silikatnem nosilcu v reakcijah deoksigenacije in hidrokrekinga bioolja pridobljenega iz lesne biomase. Njihova aktivnost je bila desetkrat višja.
COBISS.SI-ID: 5667866
Raziskovalci smo koloidni TiO2 oplastili s kovinskimi nanoklastri, ki služijo kot ko-katalizatorji na površini. Takšni kovinski nanoklastri v velikosti ~1 nm pripomorejo k boljši ločitvi nosilcev naboja v elektronski vrzeli TiO2 (e– in h+) ter omogočajo veliko strukturno elastičnost in posledično večjo fleksibilnost pri sprejemanju/oddajanju elektronov. Kovinski nanoklastri Ni in Zn so se izkazali z najboljšo kombinacijo redoks potenciala ter njihove elektronske vrzeli za izboljšanje aktivnosti TiO2 na sončni svetlobi. Vendar pa je Ni edina kovina, ki pozitivno vpliva na delovamje TiO2 na sončni svetlobo tako pri reakcijah oksidacije kot redukcije. Fotokatalitsko delovanje TiO2 je omejeno na UV svetlobo, ki predstavlja 3-5% sončnega spektra. Odkritje predstavlja vpogled v fotokatalitsko delovanje s kovinskimi nanoklastri modificiranega TiO2 na vidni svetlobi, ki predstavlja 47% sončnega spektra. Fotokatalitsko čiščenje pod sončno svetlobo tako industrijskih kot komunalnih odpadnih voda, ki vsebujejo organska onesnažila nizkih koncentracij, je metoda prihodnosti.
COBISS.SI-ID: 6369818