14/10/2014 - Zwei Projekte zum Grafen der AAU, die im Rahmen der Ausschreibung EXPLORA ausgewählt wurden

Menéame

Mehr als 1.120 Forschungsprojekte von ganz Spanien im Jahr 2013 zu der Ausschreibung EXPLORA des vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit initiierten staatlichen Plans für wissenschaftliche und technische Forschung und Innovation. Von ihnen wurden 89 ausgewählt, davon fünf aus Andalusien, von denen zwei zur Universität Cadiz gehören.

Die beiden Forschungsarbeiten haben einen gemeinsamen Ausgangspunkt:Grafen, eine Substanz, die aus reinem Kohlenstoff besteht, mit Atomen, die im hexagonalen Normalmuster angeordnet sind, ähnlich wie Graphit. Zu seinen herausragenden Eigenschaften gehören, dass es transparent, flexibel, außerordentlich robust, wasserdicht, reichlich, wirtschaftlich und führt die Elektrizität besser als jedes andere bekannte Metall. Darüber hinaus könnte man sagen, dass Grafen viele Eigenschaften hat, die zuvor in keinem anderen Material gefunden worden waren.

Das erste der genehmigten Projekte wird als Nano-MembranenDestruierte Disruptive für die Behandlung Wassereffizienz (MEDEA) und wurde von Professor Juan Antonio López Ramirez aus der Abteilung Umwelttechnologie geleitet. Mit dieser Initiative sollen reines und Nanografitgrafen eingesetzt werden, um absolut neuartige Nanofiltrationsmembranen mit neuen Techniken herzustellen, und wenn sie durchführbar sind, könnten sie die Herstellung dieses Werkzeugs revolutionieren. Die Membranen, die zur Entsalzung verwendet werden, sind polymere Materialien, die als Barrieren für die Salz- und Schadstoffe wirken, während sie nur das Wasser durchlassen. Aber sie haben als Merkmal, dass je dicker sie sind, desto mehr Salze ablehnen, aber desto weniger Wasser lassen sie durch. Daher kann der Einsatz von Feinkernmaterialien wie Grafen dazu führen, dass Membranen viel durchlässiger und produktiver werden, die die Auswirkungen des Energieverbrauchs auf den Entsalzungsprozess verringern und gleichzeitig die Wasserproduktion erhöhen können.

Um die Projektziele zu erreichen, koordiniert Professor López Ramirez ein multidisziplinäres Konsortium, in dem sich vier Forschungsgruppen befinden, von denen drei von der AAU (Umwelttechnologien, Werkstoffe und Nanotechnologie für Innovation und intelligente Computersysteme) und eines von der Autonomen Universität Madrid (Nanomaterialien mit geringer Dimension) stammen. Darüber hinaus nehmen das Andalusische Institut für Kunststoffe (ANDALTEC) und zwei Technologieunternehmen - Graphenea und Nanoinnova - an diesem Konsortium teil. Sie sind alle Experten auf ihrem Gebiet und liefern ihr Wissen, um neue Techniken zu entwickeln, mit denen die feinsten und effizientesten Membranen für die Wasserentsalzung aufgebaut werden können.

Verringerung des Gehaltes an Edelmetallen

Das zweite Projekt, das im Rahmen der EXPLORA-Aufforderung unterstützt wurde, wurde von Forscher Ramon und Cajal, Juan José Delgado, koordiniert und wird als Atomdispersion in heterogener Katalyse: Ist es wirklich eine Utopie für die Reduzierung des Gehalts an Edelmetallen in Brennstoffzellen?

Um die Herausforderung dieser Arbeit besser verstehen zu können, ist es wichtig, zu erklären, dass Katalyse und Nanotechnologie in den letzten Jahren einen Bezugspunkt für die Entwicklung neuer Prozesse zur Nutzung alternativer Rohstoffe oder Brennstoffe wie Biomasse, Wasserstoff oder Solarenergie und zur Verbesserung der Energieeffizienz hatten. Die hohen Kosten und die geringe Fülle einiger ihrer Bestandteile, wie z. B. Edelmetalle, können jedoch die Zukunft dieser Technologie ernsthaft gefährden. Daher ist es vorrangig, neue Methoden zu finden, die die Abhängigkeit von diesen Metallen oder sogar deren Substitution verringern.

Dieses Projekt basiert auf einem der interessantesten und umstrittensten Fragen der Katalyse: Wie man stabile Katalysatoren erhält, die auf atomaren verstreuten Metallen basieren. Tatsächlich sind die bisherigen Anstrengungen zur Verringerung der Größe der Metallpartikel und zur Verbesserung der Aktivität bemerkenswert, obwohl die Ergebnisse im Allgemeinen zu instabilen oder sehr geringen Metallproben geführt haben.

So soll mit diesem Projekt bewertet werden, ob es möglich ist, Metallatome selektiv in die Oberflächendefekte des Grafens einzulagern und zu stabilisieren, das mit Stickstoff- und Sauerstoffgruppen leicht funktioniert werden kann. Diese Gruppen können ihre Ladung in wässriger Lösung entsprechend dem pH-Wert ändern. Daher könnte die Wahl eines gegenüberliegenden Metallvorläufers unter den gleichen pH-Bedingungen die selektive Adsorption dieser Defekte durch elektrostatische Interaktion ermöglichen. Diese Atome würden durch die Bildung von Verbindungen stabilisiert, d. h. es wird versucht, einige Metalle atomisch zu zerstreuen, um zu bewerten, ob es möglich ist, den Pt der Elektroden aus den Brennstoffzellen zu reduzieren oder zu entfernen. Obwohl dieser Punkt auch kühn erscheinen mag, gibt es theoretische Studien, die auf das Gegenteil hindeuten.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, wird Delgado über ein interdisziplinäres Team verfügen, in dem Forscher aus drei Gruppen der AAU (Nanomaterialienstruktur, Stabilität und Mechanismus für anorganische und chemische Reaktionen von Solidos und Katalyse) sowie zwei ausländische Forscher aus renommierten EU-Zentren wie der University Pierre et Marie Curie und dem Centre for the Theory and Application of Catalysis (CENTACAT) vertreten sind.

Neubewertung etablierter Paradigmen

Die Ausschreibung EXPLORA soll Forschungsprojekte fördern, deren Ziele die Neubewertung etablierter Paradigmen, interdisziplinäre Ansätze, die Suche nach neuen Anwendungen in verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Disziplinen und Machbarkeitsnachweise umfassen. Die eingereichten Projekte sollen kreative und radikale Forschungsvorschläge sein, deren Realisierbarkeit in herkömmlichen Programmen als gering angesehen werden könnte, für die jedoch Hinweise eine Untersuchung mit wissenschaftlicher Methodik rechtfertigen. Diese Maßnahmen können wissenschaftlich fundierte Forschung an den Grenzen des Wissens in beliebigen Themenbereichen einschließen.

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