Najvýznamnejšie výsledky

Elektrolýza z roztavenej soli je nový spôsob výroby kremíka pre solárne fotovoltaické aplikácie (SoG-Si), ktorý umožňuje zníženie ekonomických nákladov, spotreby energie a  jeho prípadnú recykláciu. Pochopenie vzťahov medzi štruktúrou roztaveného elektrolytu a jeho fyzikálno-chemickými vlastnosti je nevyhnutné pre optimalizáciu parametrov elektrolýzy, no potrebné informácie sú v tejto oblasti stále veľmi obmedzené. Predchádzajúci skríning roztavených elektrolytov poukázal na to, že s ohľadom na kvalitu kremíkového depozitu a efektívnosť procesu sú taveniny na báze Na₃AlF₆ veľmi sľubným médiom pre jeho elektrolytickú výrobu.

Výsledkom štúdie bola kompletná štruktúrna vysokoteplotná NMR charakterizácia roztaveného systému na báze Na₃AlF₆-SiO₂, charakterizácia jeho elektrolaktívnych iónových častíc ako aj určenie štruktúry jeho ďalších štruktúrnych častíc. Veľmi dôležitým zistením bolo určenie vplyvu prítomnosti polymerizovaných častíc na zvýšenie viskozity a elektrickej vodivosť elektrolytu.

Publikácia:

• ŠIMKO František*, RAKHMATULLIN Aydar, KORENKO Michal, BESSADA Catherine. Structural Correlations and Chemistry of the Na₃AlF₆-SiO₂ Melt as an Electrolyte for the Solar Grade Silicon (SOG-Si) Electrowinning. In Journal of Molecular Liquids, 2021, Vol. 328, p. 115453; Doi: 10.1016/j.molliq.2021.115453 (IF: 6.165; Q1)

← skryť

Dôležitou skupinou materiálov na báze vrstevnatých kremičitanov sú hybridné anorganicko-organické materiály, v ktorých funkčnou zložkou sú rôzne organické farbivá. Medzi zložkami prebiehajú rôzne interakcie a javy, čo si vyžiadalo rozsiahly výskum a hĺbkovú analýzu experimentálnych dát. Podarilo sa odhaliť mechanizmy interakcií organických farbív s vrstevnatými kremičitanmi, čo pomohlo ozrejmiť výskyt niektorých javov, ako sú napr. tvorba molekulových agregátov a pokles fotoaktivity [1]. Vypracovali sa rôzne stratégie pre prípravu hybridných tuhých látok, aby sa v čo najväčšej miere zachovala fotoaktivita farbív. Jedným z dôležitých krokov je modifikácia povrchu nanočastíc silikátu pomocou organických surfaktantov [2-3]. Okrem vplyvu na aktivitu farbív, je tento typ modifikácie nevyhnutný pri príprave nanokompozitov, aby sa dosiahla kompatibilita nanočastíc s polymérmi [4]. Optimalizáciou parametrov syntéz sa podarilo pripraviť kompozity polymérov s významnými antimikrobiálnymi vlastnosťami, v ktorých ako významná antimikrobiálna zložka vystupoval fotosenzibilizátor floxín B (Obr).

Publikácia:

1. ŠIMONOVÁ, T.** – MÉSZÁROS, R. – SEBECHLEBSKÁ, T. – BUJDÁK, J.** Non-Arrhenius kinetics and slowed-diffusion mechanism of molecular aggregation of a rhodamine dye on colloidal particles. In Physical Chemistry Chemical Physics, 2021, vol. 23, no. 32, p. 17177-17185. (2020: 3.676 – IF, Q1 – JCR, 1.053 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 1463-9076.
2. BOHÁČ, P.** – SASAI, R. – SOONTORNCHAIYAKUL, W. – CZÍMEROVÁ, A. – BUJDÁK, J. Resonance energy transfer between cyanine dyes in hybrid films of layered silicate prepared by layer-by-layer method. In Applied Clay Science, 2021, vol. 202, p. 105985-1-105985-9. (2020: 5.467 – IF, Q1)
3. BARLOG, M.** – PÁLKOVÁ, H. – BUJDÁK, J. Luminescence of a laser dye in organically-modified layered silicate pigments. In Dyes and Pigments, 2021, vol. 191, p. 109380-1-109380-11. (2020: 4.889 – IF, Q1).
4. DADI, N. C. T. – BUJDÁK, J.** – MEDVECKÁ, V. – PÁLKOVÁ, H. – BARLOG, M. – BUJDÁKOVÁ, H.**. Surface characterization and anti-biofilm effectiveness of hybrid films of polyurethane functionalized with saponite and phloxine B. In Materials, 2021, vol. 14, p. 7583-1-7583-21. (3.623 – IF, Q1).

← skryť

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) je výnimočná technika, ktorá má široké uplatnenie vo vede, medicíne a priemysle. NMR spektroskopia sa napríklad používa na charakterizáciu nových protirakovinových liekov alebo na štúdium spracovania jadrového odpadu. NMR spektrá obsahujú množstvo užitočnej informácie o elektrónovej štruktúre paramagnetických látok. Na rozdiel od NMR spektroskopie diamagnetických látok, je NMR paramagnetických molekúl relatívne nepreskúmaná a náročná vedecká oblasť. Táto práca obsahuje podrobnú experimentálnu a teoretickú štúdiu dvoch paramagnetických  zlúčenín v tuhom stave [Cr(III) a Cu(II)] s výrazne odlišnou elektrónovou štruktúrou. Vôbec prvýkrát boli pozorované a analyzované extrémne odtienené ¹³C NMR posuny, 900-1200 ppm. Merané signály sú vysvetlené na základe elektrónovej a spinovej štruktúry a dvoch spinových delokalizačných mechanizmov, konjugácie v ?-priestore a hyperkonjugácie v ?-priestore. Tento príspevok poskytuje návod pre budúce skúmanie NMR signálov komplexných paramagnetických systémov.

Publikácia:

• NOVOTNÝ, Jan* – JEREMIAS, Lukáš* – NIMAX, Patrick – KOMOROVSKÝ, Stanislav – HEINMAA, Ivo – MAREK, Radek**. Crystal and substituent effects on paramagnetic NMR shifts in transition-metal complexes. In Inorganic Chemistry, 2021, vol. 60, no. 13, p. 9368-9377. (2020: 5.165 – IF, Q1 – JCR).

← skryť

V práci bola teoreticky študovaná stabilita štruktúr s interkalovaným herbicídom atrazínom v ílových mineráloch na báze smektitov, v beidellite (Bd) a montmorillonite (Mt) ab initio DFT metódou. V štúdii boli použité modely interkalovaného atrazínu v čistých smektitoch ako aj v modifikovaných organickým surfaktantom, tetrametylfosfóniovým katiónom. Analyzované vodíkové väzby a interkalačná energia (E_int) reprezentujúca mieru stability jednotlivých organoílov ukázali, že jednoznačne stabilnejšie sú štruktúry na báze Bd, ktorý sa vyznačuje substitúciami v tetraédrických sieťach (Al³⁺/Si⁴⁺) a modifikácia smektitu organickým katiónom (TMP) výrazne prispieva k zvýšeniu stability štruktúry herbicíd-smektit pre obidva smektity. (E_int – Bd: -67.6; -221.1; kJ/mol a Mt: -48.1; -189.0 kJ-mol).

Publikácia:

• MORENO RODRÍGUEZ, Daniel** – JANKOVIČ, Ľuboš – SCHOLTZOVÁ, Eva – TUNEGA, Daniel. Stability of atrazine-smectite intercalates: Density functional theory and experimental study. In MINERALS-BASEL, 2021, vol. 11, no. 6, p. 554-1-554-20. (2020: 2.644 – IF, Q2 – JCR) Typ: ADCA

← skryť

Výroba vysoko kompaktných surových/nespečených telies je kľúčovou stratégiou na dosiahnutie vysokej hustoty a transparentnosti polykryštalickej keramiky vyrobenej práškovou metalurgiou. Tento prístup však komplikuje proces tvarovania. Hoci vysoká spekateľnosť nanokeramických práškov otvorila sľubnú cestu k dosiahnutiu vysokohutných homogénnych telies, takýto potenciál nebol nikdy využitý na zjednodušenie výroby transparentnej keramiky. Práca skúma, či použitie nano-Y₂O₃ prášku umožní výrobu transparentnej Y₂O₃ keramiky z nespečených vzoriek s nízkou počiatočnou hustotou. Komerčný nano Y₂O₃ prášok s veľkosťou častíc približne 30 nm bol tvarovaný jednoosovým lisovaním, zhutnený predspekaním pri teplote 1500 °C s následným žiarovým izostatickým lisovaním. Vďaka vynikajúcej spekateľnosti nanoprášku Y₂O₃ prášku bolo možné aj napriek nízkej počiatočnej hustote získať vysokohutné priesvitné Y₂O₃ vzorky.

Publikácia:

• Najafzadehkhoee, Aliasghar – Talimian, Ali – Sedláček, Jaroslav – Lisnichuk, M –  Hvizdoš Pavol – Galusek Dušan Translucent yttrium oxide ceramics from low-density green bodies shaped by uniaxial pressing, Journal of the European Ceramic Society, 2022, corrected proofs

← skryť

Korodovaný povrch historických skiel sa skúmal mikro-Ramanovou spektroskopiou. Súbory spektier získané laterálnym a stratifikovaným mapovaním sa analyzovali metódou PCA (Principal Components Analysis), ktorá poskytla počet lineárne nezávislých spektier v skúmanom súbore. Následne sa metódou MCR (Multivariate Component Analysis) získali Ramanove spektrá nekorodovaného skla a jednotlivých koróznych produktov (tzv. loadings) a ich relatívne zastúpenie .(tzv. scores) v jednotlivých meraných bodoch. Správnosť získaných výsledkov sa potvrdila porovnaním výsledkov získaných laterálnym a stratifikovaným mapovaním. Na základe dominantných scores sa zobrazila laterálna distribúcia jednotlivých koróznych produktov.

Publikácia:

• HRUŠKA B – NOWICKA A – CHROMČÍKOVÁ M – GREINER-WRONA E – SMOLíK J – SOLTÉZS V – LIŠKA M Raman spectroscopic study of corroded historical glass. In International Journal of Applied Glass Science, 2021, vol. 12, no. 4, p. 613-620. (IF 2.029, Q2)

← skryť

Za posledné dve dekády sa čoraz väčšia pozornosť kladie na čistenie odpadových vôd pomocou fotokatalyzátora TiO₂. Z toho dôvodu bol výskum zameraný na prípravu TiO₂ nanorúrok (TNTs) na transparentnom keramickom materiáli (spinel – MgAl₂O₄) pomocou anodickej oxidácie Ti vrstvy nanesenej magnetrónovou depozíciou. Vlastnosti TNTs boli porovnané s nanorúrkami pripravenými na troch iných substrátoch: monokryštalický Si substrát, polymérna fólia Kapton a kovová Ti fólia. Pomocou fotokatalytickej degradácie dvoch modelových polutantov rodamínu B (RhB) a bispfenolu A (BPA) sme dokázali, že v závislosti na použitom substráte účinnosť fotokatalytickej degradácie TNTs rastie od Kapton < spinel < Si < Ti. Nanorúrky vypestované na Ti fólii majú najlepšiu fotokatalytickú aktivitu dosahujúcu 88% degradácie RhB a 36% degradácie BPA. Kinetický model pre degradáciu RhB najlepšie popisuje reakcia pseudo-prvého stupňa, zatiaľ čo degradáciu BPA lepšie popisuje reakcia fraktálneho pseudo-prvého stupňa. Výsledky výpočtu zvyškového napätia a deformácie na rozhraní substrát-TNTs ukázali, že materiál spinel-TNTs vykazuje najnižšie hodnoty napätia a deformácie, majú stabilnú štruktúru a dochádza iba k minimálnemu odlupovaniu TNTs.

Publikácie:

• PETRISKOVÁ, Patrícia – MONFORT, Olivier – SATRAPINSKY, Leonid – DOBROČKA, Edmund – PLECENIK, Tomáš – PLESCH, Gustav – PAPŠIK, Roman – BERMEJO, Raúl – LENČÉŠ, Zoltán: Preparation and photocatalytic properties of TiO₂ nanotube arrays prepared on transparent spinel. Ceramics International, 47 (2021) 12970-12980. (4,527 – IF2020).

← skryť

Cieľom tejto práce bolo odhaliť úlohu opticky neaktívnych defektov pri príprave transparentného horečnato-hlinitého spinelu a tieto poznatky následne zužitkovať pri vyvíjaní nových metód prípravy alebo zavedení nových spekacích prísad čo by umožnilo spekanie pri nižších teplotách. Vykonané štúdie ukázali, že:

1. spekanie MgAl₂O₄ pomocou SPS pri nízkych teplotách znižuje kontamináciu vzoriek uhlíkom a umožňuje výrobu transparentného polykryštalického spinelu pri teplote nižšej ako 1300 °C,
2. štrukturálne defekty, ako je inverzia pri spinely, znižujú aktivačnú energiu spekania z cca. 800 kJ mol^-1 na 530 kJ mol^-1,
3. prídavok LiOH ako spekacej prísady podporuje spekanie MgAl₂O₄, čo sa vysvetľuje koncentráciou kyslíkových vakancií a štrukturálnou inverziou,
4. LiOH je alternatívou ku konvenčným spekacím prísadám používaným na výrobu transparentného spinelu a
5. prídavok fluoridov prechodných kovov môže pomôcť zhutneniu a zároveň zaviesť opticky aktívny prvok do štruktúry MgAl₂O₄.

Publikácia:

• TALIMIAN, Ali** – EL-MAGHRABY, Hesham F. M. Aldelrehim – MICHÁLKOVÁ, Monika – GALUSEK, Dušan. Sintering and grain growth behaviour of magnesium aluminate spinel: Effect of lithium hydroxide addition. In Journal of the European Ceramic Society, 2021, vol. 41, no. 11, p. 5634-5643. (2020: 5.302 – IF, Q1 – JCR, 1.204 – SJR, Q1 – SJR, CCC).

← skryť

Cieľom tejto práce bola príprava kompozitov B₄C s prídavkom 10 obj.% TiB₂ pomocou reakčného spekania v elektrickom poli, kde sú finálne materiály tvorené in-situ reakciou medzi B₄C, TiO₂ a uhlíkovými sadzami. Bol jednoznačne preukázaný kombinovaný vplyv elektrického poľa a in-situ reakcií za vzniku veľkého množstva CO plynu na tvorbu elektrického oblúka. V dôsledku toho dochádzalo k výraznému lokálnemu prehriatiu na rozhraní TiB₂/B₄C, čo viedlo k čiastočnej dekompozícií zŕn B₄C za vzniku grafénových platničiek. Ak jeden z týchto dvoch faktorov nebol zapojený do procesu prípravy, napríklad pri žiarovom lisovaní bez elektrického poľa, resp. pri konvenčnom (bezreakčnom) spekaní práškov B₄C a TiB₂ v elektrickom poli, nedochádzalo k tvorbe grafénových platničiek. Práca tiež navrhla inovatívny spôsob prevencie tejto dekompozície zŕn B₄C, využitím tzv. izolovaného reakčného spekania v elektrickom poli.

Publikácia:

• ÜNSAL, Hakan – GRASSO, Salvatore – KOVALČÍKOVÁ, Alexandra – HANZEL, Ondrej – TATARKOVÁ, Monika – DLOUHÝ, Ivo – TATARKO, Peter**. In-situ graphene platelets formation and its suppression during reactive spark plasma sintering of boron carbide/titanium diboride composites. In Journal of the European Ceramic Society, 2021, vol. 41, no. 13, p. 6281-6289. (2020: 5.302 – IF, Q1 – JCR).

← skryť