UACH > VÝZKUM > Nové materiály pro udržitelné životní prostředí > 2D materiály

2D materiály

Kontaktní osoba: Petra Ecorchard

Předmětem studia jsou 2D struktury, obvykle materiály na bázi uhlíku připravené z různých zdrojů. Jedná se hlavně o grafen a grafen oxid a jejich funkcionalizace. Grafen a jeho analogy jsou připraveny především exfoliačním procesem v sádkovém reaktoru vysokovýkonným ultrazvukem (2kW) a za vysokého tlaku (~ 5 bar). Vývoj 2D materiálů se rozšířil na podvojné vrstevnaté hydroxidy (LDH). Ve spolupráci s Ústavem makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i. (ÚMCH) byl vývoj těchto materiálů posunut na studium interakce s iontovými kapalinami (IL) a využití tohoto systému do polymerní matrice. Studium 2D plniv vrstevnatého charakteru je zaměřeno na modifikaci jak uhlíkatých materiálů, tak i LDH a podvojných vrstevnatých alkoxidů (LDA). Výběr 2D plniv se uzpůsobuje podle vlastností, kterých chceme dosáhnout u finálního polymerního materiálu. S tím je svázán i výběr IL, která je zvolena s ohledem na konkrétní typ plniva a druh následného polymeračního procesu. IL má v tomto systému více funkcí, jednak má význam jako interkalační činidlo pro tato vrstevnatá plniva a dále jako prostředek, který umožňuje jak fyzikální, tak chemické vazby. Samotné LDH/LDA či modifikované IL jsou také studovány se záměrem využití jako heterogenní katalyzátor pro polymerizace s otevřením kruhu. Iontové kapaliny obsahující kov jsou studovány jako pro stejný typ polymerizace s otevřením kruhu studovány jako homogenní katalyzátor.

Obr. 1: SEM obrázek Zn-Al LDH žíhaného na 450 °C

Obr. 2: TEM snímek karboxylovaného grafen oxidu.

Obr. 3: Schéma tří způsobů příprav podvojných vrstevnatých hydroxidů modifikovaných iontovou kapalinou pro testovaní jako katalyzátorů pro polymerizaci s otevřením kruhu.

Kontaktní osoba: Snejana Bakardjieva

Další oblast výzkumu 2D materiálů je známá jako MXene. MXene jsou novou skupinou karbidů či nitridů přechodných kovů, které byly získány selekčním leptáním prvků z odpovídajících MAX fází nebo iontovým naprašováním - nekonvenční metodou využívající rozprašování jednotlivých prvků fáze nízkoenergetickým svazkem vzácného plynu připraveného v elektrostatickém urychlovači. MXeny nabízejí velké možnosti chemického složení ve srovnání s grafenem, který je omezen pouze na atom uhlíku. MXeny mají širokou škálu aplikací - nanolamináty pro jaderné a extrémní podmínky prostředí, skladování energie, polymerní nanokompozitní plniva.

Publikace

  1. Mrózek, L. Melounová, D. Smržová, A. Machálková, J. Vinklárek, Z. Němečková, B. Komárková, P. Ecorchard, Salt-washed graphene oxide and its cytotoxicity, J. Hazard. Mater., 398 (2020) 123114.
  2. Horak, S. Bakardjieva, J. Vacik, X. Ruic, R. Klie, Preparation of Ti2C MXene phase by ion beam sputtering and ion irradiation, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research B, 468 (2020) 49-51.
  3. Mrózek, P. Ecorchard, P. Vomáčka, J. Ederer, D. Smržová, M. Šrámová Slušná, A. Machálková, M. Nevoralová, H. Beneš, Mg-Al-La LDH-MnFe2O4 hybrid material for facile removal of anionic dyes from aqueous solutions, Applied Clay Science, 169 (2019) 1–9.
  4. P. Godoy, P. Ecorchard, H. Beneš, J. Tolasz, D. Smržová, L. Seixas, J. J. Pedrotti, E. A.T. de Souza, O. A. El Seoud, R. K. Donato, Ultrasound exfoliation of graphite in biphasic liquid systems containing ionic liquids: a study on the conditions for obtaining large few-layers graphene, Ultrason. Sonochem., 55 (2019), 279-288.
  5. Schwarz, Y. Noda, J. Klouda, K. Schwarzová-Pecková, J. Tarábek, J. Rybáček, J. Janoušek, F. Simon, M. V. Opanasenko, J. Čejka, A. Acharjya, J. Schmidt, S. Selve, V. Reiter-Scherer, N. Severin, J. P. Rabe, P. Ecorchard, J. He, M. Polozij, P. Nachtigall, and M. J. Bojdys, Twinned Growth of Metal-Free, Triazine-Based Photocatalyst Films as Mixed-Dimensional (2D/3D) van der Waals Heterostructures, Adv. Mater., 29(40) (2017), 1703399 (1-9).
  6. Benes, M. Konefał, S. Bujok, O. Mrozek, E. Pavlova, D. Smrzova, P. Ecorchard, Intercalation of ionic liquid into LDH structure for microwave-accelerated polymerizations, Inorg. Chem., 62 (2023) 14694-14703.
  7. Smržová, M. Šrámová Slušná, J. Peter, H. Beneš, J. Tolasz, O. Pop Georgievski, M. Maříková, P. Ecorchard, The effects of formation and functionalization of graphene-based membranes on their gas and water vapor permeation properties, Heliyon, 9 (2023) e21417.
  8. Li Tan, K. Z. Donato, M. C. F. Costa, A. Carvalho, M. Trushin, P. Rou Ng, X. Hui Yau, G. K. W. Koon, J. Tolasz, Z. Němečková, P. Ecorchard, R. K. Donato, and A. H. Castro Neto, Fibrillation of Pristine 2D Materials by 2D-Confined Electrolytes, Adv. Funct. Mater., (2024) 2315038 (1-11).
  9. M. Rebei, C. Červinka A. Mahun, P. Ecorchard, J. Honzíček, S. Livi, R.K. Donato, H. Beneš, Fast carbon dioxide–epoxide cycloaddition catalyzed by metal and metal-free ionic liquids for designing non-isocyanate polyurethanes, Materials Advances, 2024, accepted.