Anorganska kemija in tehnologija

Program "Anorganska kemija in tehnologija"  je sestavljen iz treh delov, ki se medsebojno dopolnjujejo: "Anorganska sinteza", "Materiali in reagenti" in "Tehnologije za trajnostni razvoj". Stalen pretok informacij med različnimi deli programa bo znatno prispeval k napovedovanju novih spojin, materialov in tehnologij, saj bodo nove spojine lahko takoj ocenjene glede možne uporabe v tehnologijah prihodnosti. Identificirane procesne težave bodo imele neposreden vpliv na pripravo novih spojin in reagentov. Anorganska sinteza Fluor igra pomembno vlogo tako na številnih področjih kemije kot tudi v vsakdanjem življenju. Že prisotnost enega samega atoma fluora v molekuli lahko dramatično spremeni naravo spojine in njene lastnosti. Osredotočili se bomo na preučevanje spojin kovin/polkovin (Al, Ga, Ti, V, Nb, Ta, Sn, …) s fluorom ali drugimi halogeni, ki bodo vsebovale tudi velike organske katione ([Me4N]+, [Ph4P]+, [LDippH]+), manjše anorganske katione (Li+-Cs+, [NO]+, [ClO2]+, Cu2+, Ag2+) ali različne nevtralne ligande. Namen je pripraviti nove izolirane oligomerne anionske ali kationske zvrsti oziroma bolj kompleksne polimerne spojine z večjo strukturno dimenzionalnostjo (verige, kolone, plasti, 3-D mreže). Preučevali bomo tudi vpliv ligandov, s posebnim poudarkom na XeF4 in na možnih načinih njegove koordinacije. Raziskovali bomo tudi spojine sestavljene iz kovinskih centrov, šibko koordinirajočih anionov in kationov [XeF5]+.   Materiali in reagenti Nadaljevali bomo raziskave nano-fluoridov in sorodnih materialov z neobičajnimi lastnostmi, pripravljenih iz hibridnih spojin z uporabo različnih tehnik. Dosedanje raziskave nano-materialov na osnovi AlF3, bomo nadgradili z dodatnimi in-situ meritvami in jih razširili na nekatere tehnično zanimive fluoride na osnovi Mg, Ca in Cr skupaj z mešanimi Al/Si sistemi. V zadnjih letih je naša skupina pripravila tudi nove vrste fluoridnih reagentov. Njihove glavne prednosti so termodinamska stabilnost, preprosta sinteza in velika možnost modifikacij skeleta. Nadaljnji razvoj in raziskave na modifikacijah reagentov in njihovi reaktivnosti lahko v prihodnosti pripelje do številnih vrhunskih rezultatov.   Tehnologije za trajnostni razvoj Naš cilj bo podpora industrijskim partnerjem in pristojnim upravnim organom pri implementaciji konceptov krožnega gospodarstva, s pokrivanjem vseh faz življenjskega kroga izdelka ali storitve. Poleg teoretičnih študij se bomo z laboratorijskimi poskusi in raziskavami posvetili inovativnemu zapiranju snovnih krogov v industrijskih sektorjih. Na področju raziskav trajnosti in procesne varnosti bo glavni cilj postaviti celovit koncept analize in upravljanja procesne varnosti, upoštevajoč kompleksno dinamiko poslovnih sistemov, ki do sedaj še ni bil ponujen. Poleg tega bomo raziskovali nov pristop k ocenjevanju merilne negotovosti pri določanju vsebnosti fluora v živilih.

Programska skupina "Anorganska kemija in Tehnologija" predstavlja eno vodilnih skupin v svetu na področju sintez novih anorganskih spojin, predvsem s področja kemije fluora. Uvršča se med redke skupine v svetovnem merilu, ki so usposobljene za izvedbo najbolj zahtevnih sinteznih tehnik, zato sodeluje z vrsto laboratorijev v Evropi, na Japonskem, v Kanadi, ZDA, Rusiji, Ukrajini itd. Že do sedaj so bili nekateri izsledki raziskav naše raziskovalne skupine izjemnega pomena za zakladnico znanja anorganske kemije (sinteze novih binarnih fluoridov, npr. NiF3, NiF4, AgF3; spojine s fluoridi žlahtnih plinov kot ligandi; spojine s Xe(IV) in Xe(VI); kemija Ag(II)). Tudi raziskave na področju organo-kovinskih spojin vzbujajo vse večjo pozornost. Pomen, ki ga imajo raziskave programske skupine za razvoj znanosti, je viden iz številnih objav, tudi v najprestižnejših revijah na področju kemije, kot so Angewandte Chemie, Journal of American Chemical Society, Chemical Communication, Dalton Transactions, Inorganic Chemistry in drugih. Med ostalimi aktivnostmi velja omeniti še vabljena predavanja na mednarodnih srečanjih, recenzentsko delo za znanstvene revije in članstvo v uredniških odborih revij (Open Chemistry, Acta Chimica Slovenica, Structural Chemistry). Pohvalimo se lahko tudi s prispevki članov programske skupine, ki so preglede raziskav podali v poglavjih v knjigah kot so "Photonic and Electronic Properties of Fluoride Materials" in "Modern Synthesis Processes and Reactivity of Fluorinated Compounds" v seriji Progress in Fluorine Science (2016-2017) založbe Elsevier, "Contemporary use of azophenolates and related species in the determination of metal cations" v The chemistry of metal phenolates. Volume 2, in "Aspects of the energetics of metal [beta]-diketonates and their derivatives" v The chemistry of metal enolates Volume 2 objavjleno v PATAI's chemistry of functional groups založbe John Wiley & Sons (2018), sestavek "Xenon(II)fluoride" v enciklopediji e-EROS encyclopaedia of reagents for organic synthesis založbe John Wiley & Sons (2017). Naša dela so pogosto citirana tudi v splošnih strokovnih knjigah in učbenikih, kar je pomembno za razvoj kemije in prenos znanja. Ob tem temeljne raziskave skupine ostajajo kvalitetna podlaga za bolj usmerjene in aplikativne raziskave materialov s posebnimi lastnostmi in njihovo nadaljnjo uporabo v industriji. Aplikativne in razvojne raziskave uspešno rešujejo specifične tehnološko-razvojne probleme v skladu z glavnimi strateškimi prioritetami EU, kot so trajnostni razvoj in varovanje okolja, obenem pa za končne uporabnike pogosto pomenijo tudi boljše razumevanje njihovih proizvodnih procesov, zmanjšanje stroškov obratovanja, povečanje kakovosti izdelkov in izboljšanje njihovih lastnosti, s čimer so ta podjetja konkurenčnejša na trgu. V tem smislu raziskave preraščajo nacionalne ali evropske okvire in so globalnega pomena. Na področju procesne varnosti je še vedno eden od glavnih izzivov razvoj podrobnejšega ovrednotenja varnostnih kazalcev (tako za proaktivni in reaktivni del dejanskih varnostnih izidov), uporabnih tako za operativne namene (kvaliteta varnostnih ukrepov), kot tudi za dinamično ocenjevanje tveganj, katerega rezultati naj bi odražali aktualno stanje. Poseben izziv je vključevanje znanja o pomenskih varnostnih kazalcih in tveganjih v koncept "podjetje, ki se uči", oziroma aktivno ocenjevanje in upravljanje tega dolgoročnega procesa.

Programska skupina "Anorganska kemija in tehnologija" je ena najboljših v Sloveniji na področju tehnoloških raziskav za trajnostni razvoj, kar je pomembno za slovensko industrijo. Po drugi strani pa je ena vodilnih raziskovalnih skupin v svetu na področju anorganske kemije fluora, kar je odličen prispevek k promociji naše države. Raziskave na področju anorganskih in hibridnih materialov predstavljajo dobro osnovo za razvoj novih materialov s posebnimi lastnostmi. Znanje in izkušnje pri tako zahtevnem raziskovalnem delu pa lahko pripomorejo k iskanju rešitev, ki jih potrebuje slovenska industrija. Raziskave za trajnosti razvoj na področju varovanja okolja in s tem povezane procesne varnosti, ki se bodo izvajale v okviru tega programa, imajo neposreden pomen za gospodarstvo. V povezavi s partnerjih iz industrije in državnimi organi, nam program omogoča da ostanemo del globalnega razvoja. Raziskave in analize procesov, postopkov/proizvodov bomo izvajali s končnim ciljem zniževanja stroškov in povečanja konkurenčnosti industrijskih partnerjev, oziroma njihovih združenj. Raziskave povezane s procesno varnostjo omogočajo prenos novih znanj direktno k partnerjem v industriji (npr. analize, revizije, usposabljanja, svetovanja) in strokovno podporo državnim organom pri izvajanju zakonodaje (npr. ekspertize/recenzije, analize). Velja pa tudi obratna povezava, namreč, razvoj procesne varnosti običajno poteka v tesnem sodelovanju s procesno industrijo, kot tudi državnimi organi. Krožno gospodarstvo je prepoznano kot eden od stebrov pri premagovanju svetovnih problemov, povezanih z prekomerno uporabo naravnih virov, ki presegajo zmogljivost Zemlje. Slovenija je zelo resno pristopila k izvajanju prizadevanj za spremembe z jasnimi cilji (npr. Strategija razvoja Slovenije 2030, sprejeta decembra 2017), člani programske skupine pa sodelujejo pri pripravi časovnega načrta za prehod v krožno gospodarstvo v Sloveniji za vlado Republike Slovenije leta 2018. V časovnem načrtu so opredeljeni pozitivni primeri krožnega gospodarstva, ki so jih že sprejela podjetja v Sloveniji, industrijska in predelovalna območja s potencialom za doseganje dobrih rezultatov krožnega gospodarstva in kazalniki, s katerimi bodo opredeljeni cilji le-tega, izmerjene rešitve in trendi prehoda z linearnega do krožnega gospodarstva. Velik pomen za nadaljnji razvoj Slovenije v prihodnosti pripisujemo tudi izobraževanju kadrov. Člani programske skupine so vključeni v vse nivoje izobraževanja. Aktivno sodelujejo na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana kot predavatelji in kot mentorji magistrskim in doktorskim študentom. Ob tem Šola eksperimentalne kemije, ki deluje v okviru programske skupine, ohranja izredno pomembne povezave instituta s šolami, tako osnovnimi kot srednjimi, zanimanje zanjo pa je tudi v vrtcih. V obliki tečajev ali zgolj z obiski omogočamo učencem eksperimentiranje in odkrivanje lastnosti snovi. S takšnimi oblikami neformalnega izobraževanja sledimo evropskim smernicam, s katerimi želimo med mladimi zbuditi več zanimanja za študij tehnike in naravoslovja.