Projekty vedené katedrou od roku 2010

Fylosilikáty interkalované organickými molekulami jako prekurzory elektricky vodivých materiálů

SP2024/041

Výzkum v rámci tohoto projektu si klade za cíl zmapovat možnosti přípravy elektricky vodivých materiálů získaných v inertní atmosféře kalcinací fylosilikátů interkalovaných elektricky nevodivými organickými sloučeninami. V současnosti je známo, že kompozity vykazující elektrickou vodivost díky přítomnosti grafitických/grafenových struktur je možné připravit v inertní atmosféře kalcinací kompozitů typu fylosilikát/elektricky vodivý polymer (např. polyanilin či polypyrrol; https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.03.021, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.01.065, https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2021.111429). Tato příprava in situ představuje alternativu ke smíchávání vybraného materiálu s komerčně dostupnou elektricky vodivou složkou na bázi grafitu/grafenových nanodestiček (https://doi.org/10.3390/ma13163586, https://doi.org/10.3390/ceramics3010005, https://doi.org/10.1134/S0020168518060110). Při smíchávání vyvstává problém důkladné homogenizace směsi a také problém ceny vodivé složky, zejména v případě grafenu. Snadná a levná příprava in situ proto zasluhuje pozornost. Jejími nezodpovězenými otázkami však zůstává nejen, zda je polymerační krok nezbytný, ale rovněž zda je za daných podmínek přítomnost aromatických jader nutnou podmínkou vzniku grafitických struktur. Další důležitou otázkou je možnost přípravy. Pro zodpovězení první otázky bude připravena série fylosilikátů interkalovaných různým množstvím polymerních prekurzorů, tyto vzorky budou kalcinovány v inertní atmosféře a následně bude měřena jejich elektrická vodivost a budou provedeny analýzy složení, struktury a morfologie pomocí rentgenové difrakce, infračervené spektroskopie, Ramanovy spektroskopie a mikrospektroskopie, rentgenové fluorescenční spektroskopie, elementární analýzy, transmisní elektronové mikroskopie, termogravimetrie, molekulárního modelování s využitím silových polí a výpočtů strukturní kompatibility (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.073, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.148966). Pro zodpovězení druhé otázky budou připraveny série fylosilikátů interkalovaných různým množstvím organických látek neobsahujících aromatický kruh (glukóza, tetrabutylamonium, cetylpyridinium, apod.) a tyto vzorky budou rovněž kalcinovány v inertní atmosféře. Bude měřena elektrická vodivost těchto kalcinovaných materiálů a jejich struktura, složení a morfologie bude analyzována stejnými metodami jako v předchozím případě. Kromě cílené interkalace fylosilikátů elektricky nevodivými organickými sloučeninami za účelem získání vstupního materiálu pro kalcinaci si výzkum v rámci tohoto projektu klade za cíl ověřit možnost využít k přípravě elektricky vodivých materiálů použité fylosilikátové sorbenty léčiv. Organofilizované sorbenty na bázi fylosilikátů jsou vhodné k odstraňování léčiv z vodného prostředí, avšak jejich regenerace není vždy optimálním řešením. Jedná-li se, jako v případě fylosilikátů, o sorbenty široce dostupné a levné, nabízí se možnost použít je pouze jednorázově a poté sorbent i s uchycenými molekulami léčiva kalcinovat. Z odpadního produktu tak může být připraven funkční, elektricky vodivý materiál, přičemž zachycená léčiva budou tímto procesem kompletně eliminována. Pro tuto část výzkumu budou využity různé organofilizované fylosilikáty ze skupiny smektitů (hektorit, montmorillonit, beidellit, nontronit), u kterých bude studována použitelnost při sorpci theofylinu, ampicilinu a lamotriginu z vodného prostředí. Kromě samotného nalezení nejvhodnějšího sorbentu pro odstraňování uvedených léčiv z vodného prostředí a zjištění mechanismu sorpce těchto léčiv na daných sorbentech budou použité sorbenty kalcinovány v inertní atmosféře stejně jako cíleně připravené vzorky zmíněné výše. Bude měřena elektrická vodivost těchto kalcinovaných materiálů a jejich struktura, složení a morfologie bude analyzována stejnými metodami jako v předchozích případech. U všech kalcinovaných materiálů bude elektrická vodivost korelována s obsahem uhlíku v materiálu, přičemž pozornost bude věnována zejména míře grafitizace a přítomnosti jedno- či vícevrstvého grafenu. Časový harmonogram řešení projektu: 01/2024 – 06/2024 Interkalace fylosilikátů elektricky nevodivými organickými molekulami. Příprava organofilizovaných fylosilikátů jakožto sorbentů léčiv. Kalcinace fylosilikátů interkalovaných elektricky nevodivými organickými molekulami. Realizace sorpčních experimentů. Analýzy složení, struktury a morfologie kalcinovaných materiálů. Měření elektrické vodivosti kalcinovaných materiálů. 07/2024 – 12/2024 Kalcinace použitých sorbentů obsahujících molekuly léčiv. Analýzy složení, struktury a morfologie kalcinovaných materiálů. Měření elektrické vodivosti kalcinovaných materiálů. Rozdělení práce a úkolů mezi členy řešitelského týmu _______________________________________________________________ doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. – hlavní řešitel – vedoucí diplomové práce Bc. Jonáše Molka – molekulární modelování – výpočty strukturní kompatibility – měření elektrické vodivosti –administrace projektu – příprava VaV výstupů Ing. Silvie Vallová, Ph.D. – vedoucí diplomové práce Bc. Kláry Výškové – charakterizace materiálů pomocí termogravimetrie – příprava VaV výstupů doc. Ing. Michal Ritz, Ph.D. – vedoucí doktorské práce Zuzany Pěgřimočové – charakterizace materiálů pomocí IČ a Ramanovy spektroskopie – příprava VaV výstupů Ing. Markéta Davidová – studentka doktorského studia – interkalace fylosilikátů elektricky nevodivými organickými molekulami – charakterizace materiálů pomocí RTG difrakce – měření elektrické vodivosti – příprava VaV výstupů Ing. Zuzana Pěgřimočová – studentka doktorského studia – charakterizace materiálů pomocí IČ a Ramanovy spektroskopie – příprava VaV výstupů Bc. Klára Výšková – studentka magisterského studia – příprava organofilizovaných fylosilikátů jakožto sorbentů léčiv – realizace sorpčních experimentů – příprava VaV výstupů Bc. Jonáš Molek – student magisterského studia – molekulární modelování – výpočty strukturní kompatibility – příprava VaV výstupů

2024

2024

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Tokarský Jonáš doc. Ing., Ph.D.