Kierownik projektu: prof. dr hab. Ewa Mijowska
Konkurs: OPUS 21
Przyznana kwota: 1 096 780 PLN
Świat nauki i przemysłu uległ fascynacji materiałami dwuwymiarowymi już od pierwszej ich obserwacji
za sprawą K. Novosolev’a i A. Geim’a, którzy w 2004 roku opublikowali swoją pracę nad grafenem –
dwuwymiarową warstwą grafitu o grubości jednego atomu węgla. Sprawa była tym ciekawsza, że
otrzymali go, wydawałoby się w banalny sposób – w wyniku mechanicznej eksfoliacji grafitu, które
faktycznie realizowane może być przez odklejanie warstwy grafitu (z rysika ołówka) za pomocą taśmy
klejącej. Opracowanie coraz to nowszych/bardziej wydajnych/bardziej kontrolowalnych metod
otrzymywania grafenu pozwoliły poznać jego własności, a zatem ocenić potencjał aplikacyjny.
Od tamtej pory odkrywano nowe materiały 2D, które obecnie tworzą liczną rodzinę określane jako
postgrafenowe. Należą do nich min. dichalkogenki metali przejściowych (TMDs), fosforen, azotek
boru, germanen, silicen, stanene. Wśród nich borofen, który po raz pierwszy został otrzymany i zbadany
w 2015 roku. Już wówczas zyskał ogromne zainteresowanie naukowców, a to głównie za sprawą swoich
wyjątkowych własności metalicznych, mechanicznych i obecności wielu miejsc aktywnych, które mogą
być kluczowe w wielu zastosowaniach energetycznych np. jako materiały elektrodowe w
superkondensatorach, bateriach (nie tylko jonowo-litowych) czy w elektrokatalitycznym generowaniu
wodoru i tlenu podczas rozkładu wody. Obecnie jednak większość prac ogranicza się do badań
teoretycznych. Dzieje się tak głównie za sprawą bardzo nielicznych prac nad opracowaniem procesów
otrzymywania borofenu w skali umożliwiającej przeprowadzenie eksperymentów. Wynika to również
z tego, że nie poznano dotąd mechanizmu ich tworzenia.
Z tego powodu Wnioskodawca z zespołem w ramach proponowanego projektu stawia sobie za cel:
- opracowanie kontrolowanego procesu wytwarzania borofenu i utlenionego borofenu oraz
- badania wydajności elektrokatalitycznej w reakcjach wydzielania wodoru / tlenu (HER / OER) podczas
rozszczepiania wody jako układu konwersji energii. W badaniu nowa strategia borofenu i jego
utlenionych układów pochodnych będzie przetwarzana na dwa sposoby: (i) nowa połączona strategia
sonochemicznej eksfoliacji i chemicznego utleniania / redukcji – uważa się, że ich połączenie zapewni
materiał o dostosowanej wielkości płatków, grubości płatków i zawartości grup funkcyjnych
zawierających tlen, (ii) chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Ponadto przeprowadzone
badania pozwolą opisać mechanizm powstawania tej nowej klasy materiału. Wreszcie, będziemy mieli
okazję przeprowadzić pionierskie badania, które pozwolą eksperymentalnie zweryfikować działanie
elektrokatalityczne borofenowych i pochodnych borofenowych (tlenek o określonym stężeniu grup
zawierających tlen) w reakcjach HER / OER. Jak dotąd, stan wiedzy dostarcza tylko teoretyczne badania
w tym zakresie.
