MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA KÉMIAI KUTATÓKÖZPONT ANYAG- ÉS KÖRNYEZETKÉMIAI INTÉZET 1025 Budapest, Pusztaszeri út 59-67. Levélcím: 1525 Budapest, Pf. 17. Telefon: (1) 438-1130 E-mail:
[email protected]
IGAZGATÓ
Telefax: (1) 438-1147 http://www.chemres.hu/aki
A KUTATÓHELY 2012. ÉVI FŐBB KUTATÁSI CÉLKITŰZÉSEI A kutatóhely célkitűzéseit a 2012-ben érvényes szervezeti felépítés szerint tárgyalják. Az intézet tudományos osztályai az alábbi főbb kutatási célokat tűzték ki 2012-re. Funkcionális és Szerkezeti Anyagok Osztály Nanoméretű kerámiaszemcsék szintézisét valamint célirányos morfológiájú, mikroszemcsés kerámiaporok alakítását tanulmányozzák termikus plazma eljárásokkal. Vizsgálják mag-héj szerkezetű szemcsék kialakulásának mechanizmusát, a héj rétegvastagságát meghatározó tényezőket. Összetett kerámia rendszer esetén vizsgálják a dopoloként adott anyag(ok) kerámiaszemcséken belüli eloszlását a különböző mechanizmusú termikus plazmaszintézisekben. Jelentősebb hangsúlyt kap a kompozitok kutatása. Polimermátrixba diszpergált nanoméretű fémszemcsék hatását vizsgálják a polimerek élettartamának növelése valamint funkciós polimerek előállítása céljából. Tanulmányozzák kerámia mátrixú kompozitok SPS technikával történő szinterelését. Céljuk az alapvetően szerkezeti kerámiák funkcionális tulajdonságainak javítása. Jelentős kutatási területet képvisel felületek kialakítása és módosítása. Kellő porozitású és jól tapadó bioaktív felületek és rétegek kialakítása plazmaszórással. Műszaki polimerek részecskesugaras felületmódosítása valamint természetes polimerek atmoszférikus hidegplazmával végzett felületmódosítása. A kompozit gyógyszerformák kifejlesztése területén enzimek mikrokapszulázásával kívánnak nyújtott hatóanyag-leadást elérni. A kémiai analitikának az egyik megoldatlan problémája a módszerek korrekt összehasonlítása. Új rangsorolási jellemző kidolgozásán fáradoznak, mely teljesen általánosan alkalmazható, modellek, módszerek, analitikai technikák, stb. összevetésére is. Új kemometriai módszereket fejlesztenek, tesztelnek és alkalmaznak. Ezen belül: Új kemometriai eljárások kidolgozása: Módszerek, QSAR modellek, stb. objektív öszszehasonlítása, új változószelektálási eljárások kifejlesztése Többváltozós adatok elemzése: Kromatográfiás retenciós adatok értékelése, stacioner fázisok csoportosítása és rangsorolása. Inverz gázkromatográfiás adatok feldolgozása, hordozók, segédanyagok csoportosítása A tervezett kutatásokat meglévő, ill. beadni tervezett újabb OTKA pályázatok támogatásával végzik.
1
Határfelületek és Felületmódosítás Osztály Alapkutatási szinten szilárd/folyadék határréteg alapvető elektrokémiai tulajdonságainak vizsgálatát végzik, különös tekintettel a fém/elektrolit határfelület kapacitív viselkedésének elméleti és kísérleti vonatkozásaira. Pásztázó tűszondás mikroszkópok kémiai képalkotásra és elektrokémiai litográfiára való felhasználási lehetőségeit kutatják. Szorosabb együttműködésben az új intézeti struktúrán belül a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézettel és az Enzimológiai Intézettel, miniatürizált elektrokémiai szenzorokat fejlesztenek ki. Témák: Biológiai mátrixon belül alkalmazható elektrokémiai szenzorok fejlesztése Szén alapú szuperkondenzátorok fejlesztése pH-érzékelésre reagáló, hőmérséklet szabályozó mikrorészecskék (kapszulák és gömbök) előállítása főként természetes anyagokra alapozva, tulajdonságainak vizsgálata Különleges tulajdonságú nanorétegek készítése Langmuir-Blodgett, önszerveződő és bevonat technikákkal; a rétegek viselkedésének tanulmányozása Fém/oldat határfelületek tanulmányozása ionos folyadékokban Nagyérzékenységű mérőműszerek fejlesztése A tervezett kutatásokat meglévő, ill. beadni tervezett OTKA pályázatok és ipari megbízásos munkák bevételei fedezik. Polimerfizikai Osztály Folytatják a természetes anyagok stabilizátorként való alkalmazhatóságának vizsgálatát. Meghatározzák az antioxidánsok hatékonyságát, a gyakorlati alkalmazás szempontjából lehetséges koncentrációtartományt, és vizsgálják az adalékok hatásmechanizmusát. 2012-ben is változatlan intenzitással tanulmányozzák a különböző polimerek és társított rendszereik szerkezet-tulajdonság összefüggéseit és a terhelés hatására végbemenő deformációs folyamatokat. A figyelmet elsősorban a természetes erősítőanyagokkal módosított tömeg- és biológiailag lebontható műanyag kompozitok vizsgálatának szentelik. Folytatják a kutatást a természetes és/vagy biológiailag lebomló polimerek területén. Tanulmányozzák a lignin felhasználhatóságát műanyagipari alap vagy adalékanyagként. Részt vesznek gyógyászati célra alkalmas lineáris poliuretán elasztomer kidolgozásában. Vizsgálják különleges nedvesség és oxigénzáró képességgel rendelkező csomagolóanyagok előállításának lehetőségeit a gyógyszer és elektronikai ipar számára, és kiválasztják a záróképességet, illetve az egyéb tulajdonságokat meghatározó legfontosabb tényezőket. Konkrét témák: Poliolefin termékek szerkezetének, feldolgozás- és alkalmazástechnikai tulajdonságainak felderítése Stabilizátorok hatékonyságának és hatásmechanizmusának tanulmányozása poliolefinekben Gyógyászati célra alkalmas lineáris poliuretán elasztomer kidolgozása Gyógyszer és elektronikai alkatrészek csomagolására alkalmas kompozit anyagok fejlesztése, szerkezet-tulajdonság összefüggéseik vizsgálata Biológiailag lebontható és/vagy természetes polimerek és kompozitjaik vizsgálata Lignin alkalmazhatósága vizsgálata alapanyagként vagy adalékanyagként A tervezett kutatások forrásai: ipari megbízások (TVK, Clariant), meglévő és beadandó OTKA pályázatok, költségvetési támogatás.
2
Környezetkémiai és Katalízis Osztály Katalízis Csoport Mikropórusokat és/vagy mezopórusokat és/vagy makropórusokat, előnyösen hierarchikus architektúrában tartalmazó szervetlen anyagok, fém-oxidok, szénkészítmények, valamint pórusos kompozit anyagok szintézisét, módosítását, funkcionalizálását, az anyagok szerkezetének, hatásmechanizmusának és katalizátorként, adszorbensként, membránként, valamint biológiailag aktív, gyógyhatású anyagok szabályozott kibocsátására alkalmas hordozóanyagként való alkalmazásának kutatását tervezik. Az összetétel, a kristály- és pórusszerkezet, és a felületkémiai tulajdonságok, valamint az adszorpciós, anyagtranszport és a katalitikus tulajdonságok összefüggéseinek megértését lehetőség szerint in situ és operando vizsgálati módszerek alkalmazásával kívánják elérni. Új katalitikus technológiákat terveznek fejleszteni a biomaszsza motorhajtó anyaggá konvertálására, a motorhajtó anyagok minőségjavítására, a környezetre káros emissziók csökkentésére. E tématerülethez tartozó témák: -
Karbonsavak katalitikus hidrokonverziójának kémiája: a biomassza üzemanyaggá konvertálásának tudományos megalapozása Katalitikus hidrodenitrogénezés átmenetifém-foszfid és hordozós átmenetifém-foszfid katalizátorokon Nanopórusos szervetlen-szerves kompozitok előállítása és kölcsönhatása biológiailag aktív vegyületekkel Olefinek szelektív katalitikus oxidációja Pd/vanádium-oxid katalizátorokon Nitrogén oxid szelektív katalitikus redukciója oxigén jelenlétében metánnal módosított In-zeolit katalizátorokon Butének oligomerizációja és alkilezése nanopórusos szilárd savakon
A tervezett kutatások pénzügyi fedezetének forrásai: NTP, GOP, OTKA és FP7 pályázatok, vállalati megbízások és költségvetési támogatás. Légkörkémiai Csoport A csoport reakciókinetikai vizsgálatai a légkörben fontos elemi reakciók vizsgálatára koncentrálnak. A kísérleti munka ebben az évben a potenciálisan a légkörbe jutó második generációs bioüzemanyagok lebomlását indító reakciók sebességi együtthatóinak mérése mellett kiterjed a légkörben képződő másodlagos szennyezőanyagok oldékonyságának vizsgálatára is. A fotokémiai és fotofizikai kutatások célja részben egyes, folyadékfázisban fény hatására induló reakciók jellemzése kísérleti és elméleti módszerekkel, valamint gázfázisú fotobomlási reakciók elméleti modellezése kísérleti tapsztalatok értelmezése céljából. A konkrét tervek erre az évre: A freonhelyettesítő C2H5F légköri lebomlása: a kutatások lezárása az acetil-fluorid oldékonysági vizsgálatával A γ-valerolakton és levulinsav-etilészter OH gyökkel végbemenő reakciója: a kutatások folytatása a hőmérsékletfüggés további vizsgálatával, valamint a reakció első lépésének kvantumkémiaia vizsgálata A γ-valerolakton fotoredukciós tulajdonságainak vizsgálata izotópeffektus mérése és kvantumkémiai számítások segítségével Dimetil-adenin típusú nukleinsavak fotofizikájának további jellemzése Halometán molekulák intenzív lézertérben történő disszociatív fotoionizációjának vizsgálata kvantumkémiai és kvantumdinamikai számítások segítségével
3
-
A metán fényelnyelés illetve elektron-becsapódás okozta bomlásának elméleti reakciódinamikai vizsgálata
A tervezett kutatások pénzügyi fedezetének forrásai: OTKA pályázatok, vállalati megbízás (BAT) és költségvetési támogatás. Megújuló és Tiszta Energia Osztály Hidrogén Energia Csoport A hidrogén technológiák sikere alapvetően a megfelelő hatékonyságú, kis nemesfémtartalmú, olcsó heterogén katalizátorok kifejlesztésén múlik. Heterogén katalizátorok fejlesztésére kerül sor a bioetanol reformálása, preferenciális CO oxidációra, hidrogén előállítására fotokatalitikus vízbontás révén valamint tüzelőanyag-cellák anódja és katódja számára. A katalitikus vizsgálatokat ki kell egészíteni a katalitikus folyamatok mechanizmusának felderítését illetve a felületi aktív speciesek és a reakciók során képződő köztitermékek azonosítását célzó in situ spektroszkópiai módszerekkel. Ezáltal lehetővé válik a katalizátorok összetétele, fázisszerkezete és adszorpciós tulajdonságai, aktivitása közti kapcsolatok feltárása. Többkomponensű katalizátor modellrendszerek felépítése egykristály hordozókon és azok spektroszkópiai vizsgálata tovább segíti a katalizátorok működésének megértését. Kutatási célok: felületi fém/oxid nanostruktúrák felépítése, a felületi morfológia és elektronszerkezet szerepének feltárása katalitikus alapreakciókban, a legvalószínűbb reakció utak kiválasztása, a keletkező köztitermékek azonosítása. Viszonylag egyszerű próbamolekulák, mint szénmonoxid vagy alkoholok összegfrekvencia-keltési és fotoelektron-spektroszkópiai vizsgálata támpontot nyújt a megfelelő reakciók elemi lépéseinek felderítéséhez. A következő konkrét témákkal terveznek foglalkozni: Katalizátor könyvtárak tervezése hidrogén előállítására etanol vízgőzös reformálása és fotokatalitikus vízbontás révén, hidrogén tisztítására preferenciális CO oxidációval illetve tüzelőanyag-cellák katódja és anódja számára Etanol reformálására alkalmas többkomponensű modellkatalizátorok kialakítása, az etanol adszorpciójának és átalakulásainak jellemzése, a komponensek közti szinergikus hatások feltárása. Vas-oxid/arany „inverz" modellkatalizátor CO oxidációs mechanizmusának tisztázása A tervezett kutatások pénzügyi fedezetéül hazai és külföldi pályázatok, vállalati megbízások és a költségvetési támogatás szolgál. Hőbomlási Folyamatok Csoport A korábbi évek gyakorlatának megfelelően kutatásaik biomassza anyagokkal és műanyag hulladékokkal kapcsolatosak. Biomassza anyagok hasznosításának kutatását termikus módszerekkel végzik, és ezekből a következőket kívánják megtudni: Cellulóz alapú bioetanol gyártás hatékonyabbá tételéhez szükséges ismeretek Biomassza anyagok és biomassza jellegű hulladékok faszéngyártás útján történő hasznosításához elengedhetetlen információk
4
Természetes és mesterséges polimer hulladékok hőbomlásának vizsgálata területén az alapkutatás eredményeik hozzájárulhatnak környezetbarát technológiák fejlesztéséhez. A pirolitikus újrahasznosítás során keletkező termékek minőségi és mennyiségi összetételének vizsgálata Vizsgálatok különös tekintettel a mérgező vagy környezetszennyező vegyületek keletkezésére A kutatások forrásai: 3 meglévő OTKA pályázat, valamint a norvég és amerikai együttműködő partnerektől várható megbízási szerződések. Környezetvédelmi Laboratórium A környezetvédelmi analitikai területre akkreditált analitikai laboratórium eszköztárát hulladékkezelési, -ártalmatlanítási és -elhelyezési technológiák kifejlesztésére tervezik használni. Kutatásokat folytatnak olajjal szennyezett talajok vizsgálatára, a szennyezések talajbeli migrációjának követésére és a szennyezett talajok in situ kémiai kezelésére. Új módszerek bevezetésével fejlesztik az akkreditált laboratórium tevékenységi körét, különös tekintettel arra, hogy akkreditált státuszának megújítása 2013. év elején válik időszerűvé. A tervezett kutatások pénzügyi fedezetéül vállalati megbízások és a költségvetési támogatás szolgál.
5
