Kutatómunka a BME Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszékén

Abstract

A BME Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszéke (FKAT) 2007. január 1-én jött létre az 1951 óta mûködõ Fizikai Kémia és az 1953-ban alapított Mûanyag-és Gumiipari Tanszék egyesítésével. A Tanszék munkatársai a felületkémia, a kolloidika, a polimerkémia, az anyagtudomány, a spektroszkópia és az elméleti kémia területein végeznek kutatásokat. Ebben a közleményben áttekintjük a Tanszék csoportjainak kutatási irányait és az elmúlt évek fõbb eredményeit. Felületkémiai CsoportA csoport kutatási tevékenységének középpontjában hagyományosan a nagyfelületû szilárd anyagok adszorpcióhoz köthetõ viselkedése áll. Maga a jelenség régóta ismert, számtalan gáz és folyadékfázisok elválasztására, tisztítására alkalmazott eljárás alapja. Jelentõsége pl. az analitikában, az élelmiszeriparban vagy a környezet-védelemben önmagáért beszél. Innovatív, anyagtudományi kutatásaink célja kiemelkedõ szorpciós tulajdonságú új anyagok elõállítása és alkalmazási területeik feltárása, ill. a szorpció és más, a felhasználás szempontjából releváns tulajdonságok kombinálása, akár társított rendszerekben is 1 . Az adszorpció az anyagok felületéhez kapcsolódó tulajdonság. Fajlagosan nagy felületû anyagok a nanorészecskék és a pórusosrendszerek. A Felületkémiai Csoportban kristályos szén nanorészecskékkel (nanocsõ 2 , grafén 3,4 és származékaik) és pórusos széngélekkel 5 egyaránt foglalkozunk, nemzetközi együttmûködésben is. Az utóbbi idõben fordultunk a fémorganikus térhálók felé, melyeket jelenleg az adszorpciós gáztárolás legígéretesebb anyagaiként tartanak számon 6 .A mezopórusos szénaerogélek a pórusos szenek különleges tulajdonságokkal bíró családját alkotják, pl. egyszerre hõszigetelõk és elektromos vezetõk. Nagy fajlagos felületük tág, könnyen átjárható pórusokkal párosul, ami áramló közegben és biológiai alkalmazásokban is elõnyös. Az elsõ széngél prekurzort 1989-ben Pekala állította elõ rezorcinból és formaldehidbõl 7 . A széngélek nagy elõnye abban rejlik, hogy morfológiájuk és felületkémiájuk az alkalmazási területnek megfelelõen tervezhetõ. Az elõállításuk során gyakran alkalmazott szol-gél technika további elõnye, hogy a szintézis bármely pontján vagy utókezeléssel könnyen építhetõk be heteroatomok (pl. átmeneti fémek 8 , kén 9 , nitrogén 10 , stb.).A szénmátrixba juttatott nitrogén az elektrontöbblet révén már kis mennyiségben is kedvezõen befolyásolja a szenek tulajdonságait.A rezorcin mellett felhasznált melaminko-monomer sztöchiometrikus beépülése révén hangolható módon, 1-4 % nitrogén tartalmú széngélt tudtunk elõállítani, mely a nitrogént döntõen piridines, un. N6 (2) formában tartalmazza.Vízgõzadszorpciós vizsgálatokkal megállapítottuk, hogy a heteroatom (O és N) tartalom javítja a szénfelület hidrofilitását. A módosított felületkémiájú széngélek egyik legintenzívebben kutatott alkalmazási területe az energiatárolás 11 és konverzió, a nitrogén ugyanis növeli a szenek aktivitását pl. a protoncsere-membrános üzemanyag-cellák katódján lejátszódó oxigén redukciós reakcióban (ORR). Ciklikus voltammetriás vizsgálataink megerõsítették, h...