Rational synthesis of porous materials and probing reactions in action within multipurpose in-situ cells (MATsynCELL)


Project leader


Co-Investigators


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2013
End date: 31/12/2017
Funding: 11000000 SEK


Description

Nanoporösa material har många små porer och sådana material har funnit mängder av tillämpningar. De används tex i tvättmedel, för luftrening och för att snabba på och styra kemiska reaktioner i raffinaderier och annan kemisk industri. Dessa material har mycket stora interna ytor (ofta > 1000 kvadratmeter per gram) och därmed skiljer sig deras egenskaper vitt från relaterade icke-porösa material. Dessa egenskapsskillnader öppnar upp för en mängd av grundvetenskapliga frågeställningar som rör bla hur kemin och fysiken ändrar sig vid deras interna gränsytor. Projektet syftar till att i detalj studera hur nanoporösa material bildas samt hur gas- och vätskemolekyler interagerar på nanoporernas interna ytor. Synkrotonljuskällorna vid Petra III och MAXIV ger tillgång till signaler med ett lågt brus och en god informationsmängd. Detta gör det möjligt att i detalj studera tidsutvecklingen av hur de porösa materialen bildas men också hur de påverkas av molekyler som interagerar med deras interna ytor. Främst röntgenstrålning kommer att användas och för att projektet ska kunna bli lyckat kommer vi att utveckla speciella reaktionsceller. Cellerna kommer att kunna användas för studier av diffraktion och spridning av röntgenstrålning i olika vinklar men också för studier av hur röntegenstrålning absorberas i de porösa materialen. I cellerna kommer vi kunna studera kemiska reaktioner, fasomvandlingar och upptag och frisläppning av molekyler i och från porerna. Som ett exempel kommer vi att studera hur olika porösa material bildas från tex en gel som står i kontakt med en vätskefas. Speciell vikt kommer läggas på celldesignen för studier i vätskefas där det porösa materialet står i kontakt med en vätska. Notera dock att cellerna också kommer att kunna användas för gasfasstudier (det är enklare att utveckla celler för gasfas). Både tryck och temperatur kommer att kunna varieras i cellerna. Särskild vikt kommer att läggas vid att få cellerna välfungerande för studier med olika röntgenstrålningstekniker som finns vid synkrotronljuskällorna. De kommer att kunna användas för att observera hur proven sprider röntgenstrålning i en kon nära strålens bana. Denna så kallade lågvinkelspridning informerar väl om partikelstorleken samt genom interferens/diffraktion om regulgär ordning på en superatomär längdskala. Hur materialet sprider och diffrakterar röntgenstrålning i en större kon informerar om den atomära och molekylära strukturen. Både högvinkel- och lågvinkelspridning och diffraktionsmönster kan insamlas med en hög intensitet och upplösning vid synkrotonljuskällorna än vad vi kan uppnå i våra egna laboratorium. Detta ger både att en bättre tidsupplösning nås och att svårare problem kan studeras. Högvinkelspridningen kommer också kunna utvärderas för oordnade material och ge strukturinformation om vid vilka avstånd det finns atompar korrelerade. Dessa parfördelningsfunktioner (pair-distribution functions, PDF) kommer att kunna jämföras med den liknande information som kan nås genom röntgenspektroskopi. Genom att noggrant välja röntgenstrålningens energi och studera hur dess absorption varierar i spektrumet I närheten av atomära elektronövergångar så kan en elementspecifik variant av de avstånd vid vilka atompar finns bestämmas. Projektet samlar expertis från en rad forskare i både Sverige och Tyskland som har stor erfarenhet av nanoporösa material och deras tillämpningar för accelerera kemiska reaktioner i vätskefas. Reaktionscellerna kommer att utvecklas i nära samarbete med de forskare som är ansvariga för strålrör för diffraktion och röntgenspektroskopi vid Petra III och MAXIV. Vi förväntar oss att nå en ny och förbättrad förståelse hur nanoporösa material bildas samt hur gas- och vätskemolekyler interagerar med deras interna ytor och påskyndar kemiska reaktioner. En sådan information är nödvändig för en rationell design av porösa material med tillämpningar inom allt från katalys, gasseparation till frisläppning av läkemedel.

Last updated on 2017-22-03 at 07:08