Preučevanje vloge defektov v adsorpcijskih mehanizmih kovinsko organskih poroznih materialov in priprava steklastih kompozitov

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.