Dwutlenek węgla ścieżką ku wyjątkowym nanomateriałom

Odpowiednio zaprojektowane związki chemiczne w reakcji z dwutlenkiem węgla pozwoliły naukowcom z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie i Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej (PW) wytworzyć unikatowe nanomateriały. Nowe materiały charakteryzują się znaczną porowatością i w swojej klasie mają najbardziej rozbudowaną, a zatem największą powierzchnię.

Prace opisujące osiągnięcia grupy prof. Lewińskiego, zrealizowane we współpracy z Cambridge University oraz University of Nottingham, zostały opublikowane m.in. przez czasopisma chemiczne „Angewandte Chemie” oraz „Chemical Communications”. O badaniach poinformowali przedstawiciele IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie.

Grupa prof. Janusza Lewińskiego z IChF PAN i PW wykazała, że w wyniku reakcji odpowiednich związków z dwutlenkiem węgla, powstaje materiał o porach mniejszych niż 2 nm. Dzięki tym właściwościom materiały mogłyby znaleźć zastosowanie np. przy magazynowaniu ważnych energetycznie gazów, katalizie czy w urządzeniach sensorycznych.

Co więcej, otrzymane z użyciem CO2 mikroporowate materiały fluorescencyjne okazują się świecić - ich tzw. wydajność kwantowa znacznie przewyższa wydajność klasycznych materiałów stosowanych w diodach OLED. „Czy będzie można go użyć do budowy diod świecących lub układów sensorycznych? Odkrycie jest nowe, badania nad nowym materiałem trwają, ale jesteśmy głęboko przekonani, że odpowiedź brzmi: tak” - komentuje doktorant Kamil Sokołowski z IChF PAN.

„Nasze badania nie ograniczają się do samego wytworzenia materiałów. Ich szczególne znaczenie jest związane z faktem, że otwierają nową ścieżkę syntezy nanomateriałów bazujących na węglanach i tlenku cynku, ścieżkę, w której kluczową rolę odgrywa dwutlenek węgla” - zauważa prof. Janusz Lewiński.

\"Już teraz można stwierdzić, że zainteresowanie nowym materiałem jest spore. Wynalazek jest przedmiotem krajowego i międzynarodowych zgłoszeń patentowych, a prace nad jego wdrożeniem trwają we współpracy z jedną ze spółek joint venture\" - poinformowano w komunikacie.

Źródłem inspiracji podczas projektowania prekursorów była sama natura, w szczególności wiązanie dwutlenku węgla w układach związanych z enzymem odpowiedzialnym za szybki metabolizm CO2 w ludzkim organizmie. Za skuteczne działanie enzymu odpowiada jego centrum aktywne, w którym znajduje się ugrupowanie hydroksycynkowe (ZnOH).

„Ugrupowanie hydroksycynkowe występuje również w cząsteczkach projektowanych przez nas związków alkilocynkowych, które wykorzystujemy do wiązania dwutlenku węgla” - mówi Sokołowski. Badania związane z chemią związków alkilohydroksycynkowych mają ponad 150-letnią historię, a ich początki wiążą się z narodzinami chemii metaloorganicznej. Jednak dopiero w 2011 i 2012 roku grupa prof. Lewińskiego zaprezentowała pierwsze przykłady stabilnych związków alkilohydroksycynkowych otrzymanych w wyniku racjonalnie zaprojektowanej syntezy.

Odkryta przez warszawskich naukowców strategia syntezy nanomateriałów wydaje się być uniwersalnym narzędziem do wytwarzania różnorodnych materiałów funkcjonalnych. W zależności od składu reagentów i warunków procesu, poza opisanym materiałem mikroporowatym można otrzymać również tzw. materiały mezoporowate, a więc o większych rozmiarach porów.

Dalsze badania grupy prof. Lewińskiego pokazały, że otrzymane materiały mezoporowate na nanocząstkach ZnCO3 można przekształcać do aerożeli tlenku cynku (ZnO). Mezoporowate materiały z nanocząstek ZnO o rozwiniętej powierzchni mogą znaleźć zastosowanie jako wypełnienia katalityczne, umożliwiające i przyspieszające reakcje różnych substancji gazowych. Inne potencjalne zastosowanie jest związane z faktem, że tlenek cynku to półprzewodnik. Dlatego nowe materiały mogą być w przyszłości używane w ogniwach fotowoltaicznych lub jako główny element półprzewodnikowych układów sensorycznych.

PAP - Nauka w Polsce

lt/ ula/