Mechanokémiai úton előállított egyfémes (Cu, Ni), kétfémes (Cu/Sn, Ni/Sn) és háromfémes (Cu/Ni/Sn) nanorészecskék szerkezetét befolyásoló tényezők és néhány katalitikus alkalmazásuk
Authors: Musza Katalin 
Published: March 2021

A nanoszerkezetű anyagok felületén elhelyezkedő atomok tulajdonságai sokkal közelebb állnak a szabad atomokéihoz, mint a tömbi fázisban lévőkéhez. A nanoméret hatásai megmutatkoznak az anyag optikai, elektromos, mechanikai, kémiai, fiziko-kémiai, termikus és mágneses tulajdonságaiban. A nanoszerkezetű anyagok tervezett előállítása elvben kétféle módon történhet. Ezek a top-down (fentről-lefelé) és a bottom-up (lentről-felfelé) közelítés. A top-down típusú előállítások esetében a nagyméretű, tömbi fázisú kiindulási anyagot valamilyen mechanikai, kémiai vagy fizikai módszer alkalmazásával nanoméretű objektumokká alakítjuk át, a bottom-up esetben atomi szintről kezdjük el az építkezést. Az általában top-down módszerek közé sorolható mechanokémia elvben mindkét megközelítésre lehetőséget ad. A mechanokémia tárgykörébe tartozik minden olyan folyamat, amelynek során mechanikai energia közlésével érjük el a kívánt kémiai és/vagy fizikai-kémiai változást. Ez történhet úgy, hogy prekurzorokból mechanikai energiaközlés segítségével új anyagokat állítunk elő, vagy már meglévő anyagok szerkezetét módosítjuk mechanikai aktiválás segítségével, és így állítunk elő új termékeket. A mechanokémiai folyamatok tipikus módszerei a nyírás, az összenyomás és az őrlés. A legalkalmasabb és leggyakrabban alkalmazott berendezések a különböző típusú malmok. Ebben rejlik az egyik nagy előnye is ezeknek a szintézismódszereknek, mivel a malmok az iparban is használatos eszközök, így a nanoszerkezetek ilyen módon történő előállítása könnyebben átültethető az ipari gyakorlatba. A fém nanorészecskék egyik leggyakoribb alkalmazási területe a heterogén katalízis, ami a környezetkímélő technikák már bizonyított útja, hiszen a katalizátor és a reakcióelegy külön fázisban található, így a katalizátor egyszerűen visszanyerhető, és akár többször is felhasználható. A tudományos világ és az egyre környezettudatosabbá váló közvélemény nagy várokozással tekint a fém nanorészecskék kutatásának fejleményeire további területeken is, mint például a fosszilis energiahordozók kiváltása, a globális felmelegedés kezelése, az üvegházhatást eredményező gázok kontrollja, és a sort még hosszan folytathatnánk. Doktori munkám során elsődleges feladatom az volt, hogy egy- (Cu és Ni) és többfémes (Cu/Sn, Ni/Sn kétfémes és Cu/Ni/Sn háromfémes) nanorészecskéket állítsak elő egy oldószerszegény, így környezetbarát módszerrel, az őrléssel. Célunk elsősorban az volt, hogy feltárjuk a szintézis során alkalmazott paraméterek (őrlési frekvencia, őrlési idő, adalékanyagok minősége és mennyisége) hatását a képződő őrlemények minőségére (szerkezetére, morfológiájára, a részecskék méretére), hogy megállapítsuk az optimális kísérleti körülményeket, előre megjósolható méretű, összetételű és szerkezetű nanorészecskék előállítására. Munkánk során egyrészről megvizsgáltuk a kísérleti paraméterek szisztematikus változtatásával azok hatását a termékek szerkezetére (méret, alak, összetétel), másrészt feltérképeztük különböző adalékanyagok – állandó őrlési paraméterek mellett – minőségének és mennyiségének hatását a képződő termékekre. Összefüggéseket kerestünk a részecskék aggregációja és az alkalmazott szintézisparaméterek között. A kapott egyfémes anyagokat katalizátorként alkalmaztuk Ullmann-típusú és Suzuki-Miyaura kapcsolási reakciókban.