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

2D materiály


Kontaktní osoba: Petra Ecorchard

Předmětem studia jsou 2D struktury, především materiály na bázi uhlíku připravené z různých zdrojů. Jedná se především 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. Náplní studia 2D plniv vrstevnatého charakteru je modifikace jak uhlíkatých materiálů, tak i LDH. Výběr 2D plniv se uzpůsobuje podle vlastností, které chceme dosáhnout u finálního polymerního materiálu. S tím je svázán i výběr IL, který je zvolen 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 umožní jak fyzikální, tak chemické vazby. Metody příprav vlastních 2D plniv a způsob jejich stabilizace před následnou aglomerací je náplní dalšího výzkumu. 2D materiály na bázi uhlíku se dají s výhodou využívat pro aplikace v biologii např. jako nosiče. V této oblasti je výzkum těchto materiálů ještě velmi otevřený.

Další oblast výzkumu 2D materiálů je známá jako MXenen. 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 možností 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.

Seznam literatury

Hynek Beneš, Ricardo K. Donato, Petra Ecorchard, Daniela Popelková Ewa Pavlová, Darina Schelonka, Ognen Pop-Georgievski, Henri S. Schrekker* and Václav Štengl, „Direct delamination of graphite ore into defect-free graphene using a biphasic solvent system under pressurized ultrasound“, RSC Adv., 6 (2016) 6008–6015, DOI: 10.1039/c5ra23654a, IF = 3.289, Q2.

Ondřej Mrózek, Petra Ecorchard, Petr Vomáčka, Jakub Ederer, Darina Smržová, Michaela Šrámová Slušná, Aneta Machálková, Martina Nevoralová, Hynek Beneš, „Mg-Al-La LDH-MnFe2O4 hybrid material for facile removal of anionic dyes from aqueous solutions“, Appl. Clay Sci., 169 (2019) 1–9, DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.12.018, IF = 3.641, Q2.

Václav Štengl, Jiří Henych, Jana Bludská, Petra Ecorchard, Martin Kormunda, „A green method of graphene preparation in an alkaline environment“, Ultrasonics Sonochemistry 24 (2015) 65-71, DOI: 10.1016/j.ultsonch.2014.11.010, IF = 6.012, Q1.

Dana Schwarz, Yu Noda, Jan Klouda, Karolina Schwarzová-Pecková, Ján Tarábek, Jiří Rybáček, Jiří Janoušek, Frank Simon, Maksym V. Opanasenko, Jiří Čejka, Amitava Acharjya, Johannes Schmidt, Sören Selve, Valentin Reiter-Scherer, Nikolai Severin, Jürgen P. Rabe, Petra Ecorchard, Junjie He, Miroslav Polozij, Petr Nachtigall, and Michael 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), DOI: 10.1002/adma.201703399, IF = 19.791, Q1.

Anna P. Godoy, Petra Ecorchard, Hynek Beneš, Jakub Tolasz, Darina Smržová, Leandro Seixas, Jairo J. Pedrotti, Eunezio A.T. de Souza, Omar A. El Seoud, Ricardo 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., under revisions (accepted), IF = 6.012, Q1.

Galerie obrázků

SEM obrázek Zn-Al LDH žíhaného na 450 °C

SEM obrázek Mg-Al-La LDH-MnFe2O4

SEM obrázek grafitu po exfoliaci s iontovou kapalinou v ethylen glykolu

TEM snímek karboxylovaného grafen oxidu