mgr Marzena Nieradka



Promotor: dr hab. Teobald Kupka

Teoretyczne i spektroskopowe badania uporządkowanych struktur węglowych i innych jako potencjalnych nośników katalizatorów i sensorów małych molekuł

Słowa kluczowe: nanorurki węglowe, spektroskopia, katalizatory, MOF, Gaussian.

Cele projektu

Celem projektu jest wykonanie badań teoretycznych i eksperymentalnych uporządkowanych struktur węglowych (oraz innych systemów molekularnych) w aspekcie ich praktycznego zastosowania jako nośników katalizatorów w katalizie heterogenicznej oraz sensorów gazów obojętnych i toksycznych. Badane dotyczą następujących obiektów: nanorurek węglowych i ich funkcjonalizowanych pochodnych, fulerenów, zeolitów, siatek metaloorganicznych (MOF, ang. metal organic framework) oraz ich oddziaływań z gazami obojętnymi i toksycznymi (w tym metan, tlenki azotu, tlenek i dwutlenek węgla, amoniak, molekularny tlen).

Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowana zostanie synteza nowych materiałów przydatnych w katalizie oraz do produkcji sensorów gazów i innych molekuł. Planowana jest zarówno synteza (w oparciu o wstępne wyniki modelowania molekularnego) jak i patentowanie i wdrożenie do produkcji, począwszy od fazy laboratoryjnej po przemysłową.

Dotychczasowe badania w ramach wykonywanej pracy magisterskiej pozwoliły opracować metodologię do przewidywania parametrów strukturalnych i spektroskopowych (NMR, IR/Raman) dla nanorurek węglowych i małych molekuł w fazie gazowej, w celu ich magazynowania. Ponadto, opublikowano już trzy prace teoretyczne z tego zakresu, zaś kolejne dwie są przygotowywane do wysłania.

Planowane metody i narzędzia badawcze

W celu przeprowadzenia modelowania molekularnego wybranych nanokompozytów przewiduje się wykorzystanie specjalistycznego oprogramowania (HyperChem, Gaussian09, GaussView05, Dalton, Cfour, Gamess, ADF). Badania rentgenostrukturalne, mikroskopowe (TEM, SEM) w ramach współpracy w kraju i w ośrodkach zagraniczncyh.

Synteza i oczyszczanie wybranych układów zostanie wykonana w laboratorium nanomateriałów i nanokompozytów Politechniki Warszawskiej i Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie (w ramach wieloletniej współpracy z dr Leszkiem Stobińskim, specjalisty w dziedzinie nowych materiałów polimerowych i nanotechnologii wspomaganej modelowaniem molekularnym).

Ponadto, identyfikacja struktury metodami spektroskopowymi i rentgenograficznymi będzie prowadzona z wykorzystaniem unikalnej aparatury Politechniki Wrocławskiej, Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, a także w wielu innych ośrodkach w kraju i za granicą w ramach współpracy naukowo badawczej (w tym w Taipei).

Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie

Proponowany projekt może w znacznym stopniu przyczynić się do wzrostu atrakcyjności inwestycyjnej i zwiększenia potencjału naukowo-gospodarczego województwa Opolskiego. Szerokie zainteresowanie proponowanym projektem jest również wyrażane przez przedstawicieli największych zakładów chemicznych w naszym regionie (ZAK Kędzierzyn). W tym zakresie Opolszczyzna może znowu (po latach kryzysu i zapaści w przemyśle chemicznym) stać się znaczącym centrum przemysłu chemicznego w kraju, Europie i w świecie.

Literatura

  1. S. Iijima, Nature 1991, 354, 56-58.

  2. S. Peng and, K. Cho, Nano Letters 2003, 3, 513-517.

  3. J. Liu , Z. Guo, F. Meng, Y. Jia, and J. Liu, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 6119-6125.

  4. T. Kawano, H. C. Chiamori, M. Suter, Q. Zhou, B. D. Sosnowchik, and L. Lin, Nano Letters 2007, 7, 3686-3690.

  5. C. Wei, D. Srivastava, and K. Cho, Nano Letters 2002, 2, 647-650.

  6. X. Hu, T. Wang, X. Qu, and S. Dong J. Phys. Chem. B 2006, 110, 853-857.

  7. Y. C. Jung and B. Bhushan, ACS NANO 2009, 3, 4155-4163.

  8. S. Sarkar, J. Zou, J. Liu, C. Xu, L. An. and L. Zhai, ACS Applied Materials & Interfaces 2010, 2, 1150-1156.

  9. A. M. Shultz, O. K. Farha, J. T. Hupp, and S.B. T. Nguyen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4204-4205.

  10. E. Klontzas, A. Mavrandonakis, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, Nano Letters 2008, 8, 1572-157.


  1. D. Sun, S. Ma, Y. Ke, D. J. Collins, H. C. Zhou, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,

3896–3897.

  1. E. Atci, I. Erucar, and S. Keskin J. Phys. Chem. C 2011, 115, 6833–6840.

  2. T. Kupka, B. Ruscic, R. E. Botto*, J. Phys. Chem. A., 2002, 106, 10396-10407.

  3. T. Kupka, C. Lim, J. Phys. Chem. A, 111, 2007, 1927-1932.

  4. S. K. Gray*, T. Kupka, Phys. Rev. B, 2007, 68, 454151-4541511.

  5. E. Chełmecka, K. Pasterny, T. Kupka* and L. Stobiński, Phys. Status Solidi A, 2011, 208,1774-1777.

  6. E. Chełmecka, K. Pasterny, T. Kupka* and L. Stobiński, Phys. Status Solidi A, 2011, 208,1774-1777.

  7. E. Chełmecka, K. Pasterny, T. Kupka*, and L. StobińskiJ. Mol. Model., JM, w druku.


Publikacje własne:

1. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, J. Kaminsky, J. Chem. Theory Comput. 2010,

1580-1589.

2. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, J. Kaminsky, T. Pluta, S. P. A. Sauer, Magn. Reson. Chem.2010, 49, 231–236.

3. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, L. Stobiński, Magn. Reson. Chem.(2011),




dol