PRIPRAVA KRISTALIZIRANIH ZVITIH IN DVOJČIČNIH MORFOLOGIJ IZ SUPERKRITIČNIH FLUIDOV ZA KATALIZO IN SEPARACIJE

Na mnogih področjih, kot so npr. senzorika, separacijski procesi, heterogena kataliza, itd., želimo materiale z visoko selektivno specifično površino in visoko poroznostjo, kar omogoča visoko pretočnost in s tem učinkovitost procesa, kot tudi z ustrezno strukturo dostopnih por, prilagojeno ciljnim molekulam. Idealna struktura takega materiala je zato natančno definirana že na nanonivoju in se prilagaja ciljni aplikaciji. Naravne take strukture so kontaktni kristalni dvojčki. Gre za stik dveh ali več kristalov po točno določenem pravilu. Ker so pravila dvojčičenja definirana s kristalno rešetko samega minerala, lahko take strukture nastopajo v nanometerskih, mikrometerskih pa tudi makrometerskih dimenzijah. V primeru nastopanja dvojčičenja v več generacijah, nastanejo samopodobne strukture preko različnih velikostnih redov. Kljub določenemu napredku v zadnjem času, pa je njihova sinteza še vedno zahtevna, zaradi specifičnih parametrov, ki povzročajo dvojčičenje in ki v mnogih primerih še niso povsem definirani. Vedno pa gre za pogoje nizke prenasičenosti, ki omogočajo tvorbo morfološko oblikovanih kristalov ter variiranje ključnih parametrov, ki vplivajo znatno na termodinamsko ravnotežje in posledično kristalizacijo. Poleg večgeneracijske dvojčične rasti, pri kateri je morfologija posameznih kristalov znotraj strukture enaka kot pri samostojni rasti, lahko visoko specifično površino dosežemo še s posebno - zvito morfologijo. Tudi tovrstni kristali so že dolgo poznani v naravi, zanje pa je značilen ustrezen kot zasuka, ki se lahko spreminja in popolnoma spremeni morfologijo kristala, vendar mehanizem njihovega nastanka še ni povsem pojasnjen. Na nanometerskem nivoju so bile šele pred kratkim iz plinske faze sintetizirane zvite strukture, ki sledijo Eshelbyevemu zasuku in rastejo iz podlage, sinteza tovrstnih makroskopskih kristalov pa je še povsem neraziskana. Za naravne zvite kristale je značilno, da imajo lahko različno stopnjo zasuka, torej ukrivljenosti. Glede na to, da je selektivnost in katalitska aktivnost posameznih kristalografskih ploskev različna in odvisna od indeksa ploskve, ki določa število stopnic, lahko sklepamo, da bi v primeru definiranega zasuka kristala tudi določali gostoto stopnic in s tem površinsko energijo ploskve ter posledično njeno katalitsko aktivnost in selektivnost.  Tekom projekta bomo poskusili pripraviti navedene morfologije s kristalizacijo v superkritičnih fluidih kot sta voda in CO2. Izbor superkritičnih pogojev temelji na specifičnih lastnostih tovrstnih fluidov, kot sta visoka gostota (primerljiva s tekočinami) in nizka viskoznost (primerljiva s plini). Zaradi tega tudi pri hitrejši kinetiki kristalizacije ne prihaja do difuzijskih omejitev in posledično difuzijske rasti. Druga, prav tako izjemno pomembna lastnost, pa je izrazito spreminjanje gostote že z majhnimi spremembami tlaka in s tem tudi stopnje prenasičenja skoraj trenutno po celotnem mediju. Ker za kristalizacijo dvojčičnih in zvitih struktur potrebujemo osnovo iz katere rast poteka, bomo kristalizacijo v superkritičnih fluidih izvajali na površinah različne stopnje hrapavosti in kristaliničnosti kot tudi visoko poroznih polyHIPE materialih z visoko propustnostjo iz različnih materialov in različnimi površinskimi lastnostmi. Tekom kristalizacije bomo na različne načine spreminjali tlak, lahko ob dodatku različnih aditivov, in s tem ustvarjali pogoje za tvorbo dvojčičnih in zvitih kristalnih struktur. Nastale strukture bomo okarakterizirali na morfologijo in kristalno strukturo, preverjali pa bomo tudi njihove hidrodinamske, katalitične in separacijske lastnosti.  Cilje projekta lahko strnemo v sledeče točke: ·       Razumevanje mehanizma nastanka zvitih makroskopskih kristalov ·       Razumevanje kristalizacije večgeneracijskih kristalnih dvojčkov iz superkritičnih fluidov ·       Priprava zvitih in večgeneracijsko zdvojčičenih kristalov in določanje njihove katalitske aktivnosti ter selektivnosti v šaržnih in pretočnih sistemih