Effect of structural substitutions on properties of inorganic layered structures, abasis for atomically designed advanced materials for green technologicalapplications, studied by modelling approach

Výzva	Štipendiá pre excelentných výskumníkov a výskumníčky R2-R4
Hlavný riešiteľ	Eva Scholtzová
Prijímateľ	Ústav anorganickej chémie SAV, v. v. i.
Celkový rozpočet	219 514,80 €
Príspevok poskytovateľa	219 514,80 €
Zdroj financovania	Plán obnovy a odolnosti
Začiatok realizácie	september 2024
Koniec realizácie	august 2026
Kategória výskumníka	R3
Vedná oblasť	Prírodné a lekárske vedy

Anotácia

Projekt ESPILS má ambíciu prispieť k objasneniu adsorpčného mechanizmu pri čistení odpadových vôd na príklade vybraných organických polutantov (OP) prostredníctvom teoretického prístupu, teda molekulových simulácií. Anorganické vrstevnaté štruktúry (AVŠ) majú obrovský potenciál byť účinnými adsorbentmi mnohých znečisťujúcich látok. Molekulové simulácie taktiež poskytujú cenný nástroj na úspešný podrobný popis mechanizmu adsorpcie OP, šetria peniaze na chemikálie potrebné pri syntéze materiálov, ako aj čas merania pri ich charakterizácii experimentálnymi metódami. Projekt ESPILS predstavuje teoretický výskum vplyvu rôznych substitúcií v AVŠ na efektívnosť adsorpcie vybraných polutantov zvolenými AVŠ na báze grafénu (G), a hlinitokremičitanov (HK). Hlavným vedeckým cieľom projektu je popísať mechanizmus adsorpcie znečisťujúcej látky na povrchu AVŠ ovplyvnenej štruktúrnymi substitúciami. Originalita ESPILS projektu spočíva v skúmaní stability systému organických polutantov (OP)- AVŠ nevyhnutnej pre využitie AVŠ v technologických procesoch, napr. ako účinných sorbentov kontaminantov. Pre vybraný OP bude urobené aj vzájomné porovnanie adsorpčnej efektivity oboch typov AVŠ, ktoré doteraz nebolo vôbec študované. Modifikácia AVŠ rôznymi substitúciami môže primerane zlepšiť účinnosť adsorpcie a iné fyzikálno-chemické vlastnosti (napr. vodivostné) študovaných AVŠ. Štrukturálna stabilita, interakčné energie a mechanizmus viazania pri tvorbe hybridných štruktúr medzi vybranými adsorbovanými škodlivinami, ako aj najpoužívanejšími liekmi (napr. diklofenak, irinotekan), organickými zlúčeninami (napr. kongo červeň, styrén) alebo pesticídmi (napr. diurón) budú študované ako pre AVŠ ekonomicky dostupnejších HK, (napr. montmorillonit, beidellit, halloysit), tak aj pre drahšie materiály na báze G (vodivý materiál) a jeho modifikácie substitúciami (oxid grafénu – GO, dopovaný grafén). Vývoj takto modifikovaných materiálov je z ekologického hľadiska kľúčový a závery tohto projektu môžu prispieť k efektívnejšiemu dosiahnutiu cieľov akčného plánu EÚ pre dosiahnutie nulového znečistenia ovzdušia, vody a pôdy. Navrhované výpočtové metódy (ab initio DFT a Force Field) sú overené, spoľahlivé a vhodné na študovanie daných systémov. Prinesú nové poznatky o spôsobe imobilizácie polutantov a prispejú k návrhu ďalších pokročilých materiálov na báze AVŠ, ktoré nájdu uplatnenie v zelených technológiách . Výstupy z modelovania doplnia ďalšie informácie k experimentálnym poznatkom, aby sa dosiahla komplexná charakterizácia študovaných pokročilých materiálov na báze anorganických vrstevnatých štruktúr.