Fakulteta za podiplomski študij

Kovinsko-organski porozni materiali

Predmet se izvaja v programu:
Podiplomski študijski program Materiali (tretja stopnja)

Cilji in kompetence

Osnovni cilj predmeta je podati študentom teoretična in praktična znanja (know-how) s področja kovinsko-organskih poroznih materialov, potrebna za uspešno samostojno pripravo, osnovno karakterizacijo in oceno njihove potencialne uporabe za okoljske in energijske aplikacije.

Študentje pridobijo potrebne kompetence za pripravo in izvedbo eksperimenta v sinteznem laboratoriju (sinteza materiala), pravilni izbor karakterizacijskih metod pripravljenih materialov ter za kvantitativne analize meritev in interpretacije rezultatov.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

  • Klasifikacija kovinsko-organskih poroznih materialov (angl. MOF-ov) (topologija in kemijska sestava)
  • Sintezne metode MOF-ov
  • Lastnosti MOF-ov (kristaliničnost, poroznost, kemijska in termična stabilnost)
  • Metode za strukturo karakterizacijo MOF-ov (XRD, SEM/EDX, poroznost, termična analiza, itd.)
  • Oblikovanje in uporaba MOF-ov za zajem, ločevanje in shranjevanje plinov
  • Oblikovanje in uporaba MOF-ov za shranjevanje toplote
  • Oblikovanje in uporaba MOF-ov za uporabo v katalizi
  • Druge možnosti uporabe (senzorji, (pol)prevodniki, kontrolirano sproščanje zdravilnih učinkovin, idr.)

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Slušatelji spoznajo osnovne značilnosti kovinsko-organskih poroznih materialov (tipi/klasifikacija, področja uporabe/ločevanje in shranjevanje plinov, kataliza, itd.). Naučijo se načinov sinteze MOF-ov ter njihove osnovne in napredne karakterizacije.

Pri praktičnih projektih se naučijo priprave MOF-ov v sinteznem laboratoriju ter uporabe rezultatov osnovnih karakterizacijskih metod materialov (XRD, SEM/EDX, meritve adsorpcije). Na primeru iz raziskovalne prakse pridobijo potrebna znanja in kompetence za samostojno sintezo in posintezno modifikacijo MOF-ov in za interpretacijo rezultatov njihove osnovne strukturne karakterizacije (XRD, SEM/EDX, dušikova fizisorpcija), vključno z najpogostejšimi napakami pri pripravi in interpretaciji rezultatov. Naučijo se izbrati, katera kombinacija karakterizacijskih metod je optimalna pri analizi specifičnih lastnosti MOF-ov.

V okviru priprave in predstavitev projektnih nalog se spoznajo z najnovejšimi področji uporabe MOF-ov.

Temeljna literatura in viri

1. MacGillivray, L.R., Metal-organic frameworks : design and application, Hoboken : John Wiley & Sons, cop. 2010, ISBN 978-0-470-19556-7.

2. Furukawa, H., Cordova, K. E., O’Keeffe, M. & Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science 341, 1230444 (2013).

3. Helal, A., Al-Maythalony, B.A., Yamani, Z.H., Cordova, K.E., Yaghi, O.M., The chemistry of metal–organic frameworks for CO2 capture, regeneration and conversion. Nature Reviews Materials 2, 17045 (2017).

4. Mazaj, M., Kaučič, V., Zabukovec Logar, N., Chemistry of metal-organic frameworks monitored by advanced X-ray diffraction and scattering techniques. Acta chimica slovenica, 63, 440-458 (2016).

Načini ocenjevanja

Preverjanje znanja poteka (1) v obliki individualnih projektnih nalog iz priprave in karakterizacije izbranega kovinsko-organskega poroznega materiala iz raziskovalne prakse, in (2) na temo uporabe kovinsko-organskih poroznih materialov. Projektne naloge oddajo v pisni obliki in jih zagovarjajo v ustni obliki, v diskusiji z nosilcem predmeta in ostalimi študenti. 50/50

Reference nosilca

Nataša Zabukovec Logar je vodja Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani in redna profesorica za kemijo na Univerzi v Novi Gorici.

Diplomirala je iz kemije na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani leta 1992 in doktorirala na isti fakulteti leta 1998. V letih 1995 in 1996 je bila gostujoča študentka na oddelku za strukturno kemijo na Univerzi v Manchestru v Veliki Britaniji, v letu 2014 pa gostujoča raziskovalka v Centru za uporabne energijske raziskave v Munchnu v Nemčiji. Med leti 2010 in 2014 je bila tudi vodja razvojno-raziskovalne skupine “Materiali za shranjevanje vodika” v Centru odličnosti nizkoogljične tehnologije. Raziskovalno delo Nataše Zabukovec Logar je osredotočeno na razvoj novih anorganskih in kovinsko-organskih poroznih materialov za shranjevanje plinov in toplote. Na temo razvoja materialov za shranjevanje toplote je koordinirala ERA-NET projekt STOREHEAT. Prav tako se ukvarja z raziskavami sorpcijskih mehanizmov kovin na naravne in sintetične zeolite za uporabo pri čiščenju odpadnih voda in pitne vode ter z mehanizmi kristalizacije in študijem kristalnih struktur novih poroznih materialov. Je ustanovna članica in predsednica Slovenskega zeolitnega društva, zakladnica Evropske zveze zeolitnih društev in članica sintezne komisije pri Svetovni zeolitni zvezi. Prav tako je članica znanstvenega odbora EuroMOF konferenčne serije.

1. BIRSA ČELIČ, Tadeja, RANGUS, Mojca, LAZAR, Karoly, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Spectroscopic evidence for the structure directing role of the solvent in the synthesis of two iron carboxylates. Angewandte Chemie : International edition, ISSN 1433-7851. [Print ed.], 2012, vol. 51, iss. 50, str. 12490-12494, ilustr., doi: 10.1002/anie.201204573. )

(IF=13,7)

2. KRAJNC, Andraž, KOS, Tomaž, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša, MALI, Gregor. A simple NMR-based method for studying the spatial distribution of linkers within mixed-linker metal-organic frameworks. Angewandte Chemie : International edition, ISSN 1433-7851. [Print ed.], Sep. 2015, vol. 54, iss. 36, str. 10535-10538. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201504426/epdf, doi: 10.1002/anie.201504426.

(IF=11,3)

3. MAZAJ, Matjaž, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša, ŽAGAR, Ema, KOVAČIČ, Sebastijan. A facile strategy towards highly accessible and hydrostable MOF-phase within the hybrid polyHIPEs through in-situ metal-oxide recrystallization. Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability, ISSN 2050-7488. [Print ed.], Feb. 2017, vol. 5, iss. 5, str. 1967-1971, ilustr. http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ta/c6ta10886e, doi: 10.1039/C6TA10886E.

(IF=8,9)

4. MAZAJ, Matjaž, MALI, Gregor, RANGUS, Mojca, ŽUNKOVIČ, Emanuela, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Spectroscopic studies of structural dynamics induced by heating and hydration : a case of calcium-terephthalate metal-organic framework. The journal of physical chemistry. C, Nanomaterials and interfaces, ISSN 1932-7447, 2013, vol. 117, issue 15, str. 7552-7564, doi: 10.1021/jp311529e.

(IF=4,6)

5. MAZAJ, Matjaž, BIRSA ČELIČ, Tadeja, MALI, Gregor, RANGUS, Mojca, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Control of the crystallization process and structure dimensionality of Mg-benzene-1,3,5-tricarboxylates by tuning solvent composition. Crystal growth & design, ISSN 1528-7483, 2013, vol. 13, iss. 8, str. 3825-3834. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cg400929z, doi: 10.1021/cg400929z.

(IF=4,4)

Univerzitetna koda predmeta: 3MAi04

Letnik: 1

Predavatelj:

ECTS: 9

Obseg:

  • Predavanja: 30 ur
  • Vaje: 30 ur
  • Samostojno delo: 210 ur

Vrsta predmeta: izbirni

Jeziki: slovenski, angleški

Metode poučevanja in učenja:
• predavanja • vaje iz sinteze in karakterizacije kovinsko-organskih poroznih materialov iz raziskovalne prakse, pod vodstvom nosilca predmeta. • individualno delo na projektu pod vodstvom nosilca predmeta. • predstavitev in interpretacija rezultatov projekta ostalim študentom v skupni in diskusija pod vodstvom nosilca predmeta.