CELE PROJEKTU

Głównym celem projektu HotHybrids jest opracowanie całkowicie przełomowej klasy materiałów hybrydowych składających się z nowych podwójnych nanokryształów perowskitowych (ang. double perovskite nanocrystals, DPNs), zamkniętych przez pionierskie struktury metalo-organiczne (ang. metal-organic frameworks, MOFs) o wysokiej aktywności oraz selektywność w fototransformacji CO2 do cennych węglowodorów (takich jak metanol). Ten hybrydowy system powinien łączyć unikalne właściwości: (i) DPNs (struktura pasmowa zależna od składu, rozmiaru i morfologii) oraz (ii) MOFs – wysoka stabilność w środowisku wodnym, ogromna powierzchnia i porowatość, wysoka zdolność adsorpcji CO2, aktywność katalityczna i struktura umożliwiająca ruchliwość ładunku. Aby sprostać tym wyzwaniom zostaną podjęte następujące kroki:


(i) synteza nowych DPNs z przerwą wzbronioną <3eV i krawędzią pasma przewodnictwa bardziej ujemną niż potencjał redukcyjny CO2 (teoretycznie przewidywane, ale jeszcze nie zsyntetyzowane);
(ii) synteza MOFs o wysokiej sorpcji CO2 (zwłaszcza zawierających centrum Cu);
(iii) efektywne sprzężenie (chemiczne lub fizykochemiczne łączenie) tych składników w najnowocześniejszy układ hybrydowy pozwalający na efektywny transport nośników ładunku i nie blokujący działania żadnej jednostki hybrydowej;
(iv) skalowanie syntezy wybranego hybrydowego systemu DPNs-MOFs.


Aby zapewnić fundamentalny wgląd w racjonalne projektowanie i inżynierię nowego typu hybryd, a także transport nośników ładunku w hybrydach i mechanizm fotokonwersji CO2, wykorzystamy połączenie chemii teoretycznej (dostępne dane dotyczące modelowania struktury pasmowej) z badaniami eksperymentalnymi (synteza chemiczna elementów jednostkowych i hybryd, a następnie rozszerzona charakterystyka powierzchni i badanie mechanizmu in-situ) w celu:

  1. korelacji metody syntezy z morfologią, stabilnością i aktywnością DPNs;
  2. znalezienia sposobu na skuteczną enkapsulację DNPs w struktury MOFs;
  3. korelacji składu MOF (kationy metali/typ klastrowy i organiczny ligand) i metody syntezy hybryd DPNs-MOFs z ich morfologią, stabilnością i fotoaktywnością;
  4. zrozumienia mechanizmu fotokonwersji CO2 na powierzchni hybryd DPNs-MOFs
  5. opracowania metody syntezy (w skali laboratoryjnej i pilotażowej) dla wybranego układu hybrydowego.