A KUTATÓHELY ÉVI FŐBB KUTATÁSI CÉLKITŰZÉSEI

Átírás

1 MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA KÉMIAI KUTATÓKÖZPONT ANYAG- ÉS KÖRNYEZETKÉMIAI INTÉZET 1025 Budapest, Pusztaszeri út Levélcím: 1525 Budapest, Pf. 17. Telefon: (1) IGAZGATÓ Telefax: (1) A KUTATÓHELY 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

2 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 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

3 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 C 2 H 5 F 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

4 - 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

5 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 év elején válik időszerűvé. A tervezett kutatások pénzügyi fedezetéül vállalati megbízások és a költségvetési támogatás szolgál. 5