Microsoft Word - Teme za stipendijo Janka Jamnika 2019_3.docx

Transkripcija

1 Teme za doktorsko štipendijo Janka Jamnika za perspektivno mlado raziskovalko ali raziskovalca s področja kemije in sorodnih ved za leto 2019 Naslov teme Kratka vsebina Mentor Odsek Pretvorba ogljikovega dioksida v monomere Dandanes se glavni gradniki plastike ali gume (eten, propen, butadien ) pridobivajo iz nafte. Blaž Likozar D13/D9 Vsebina doktorskega dela bi zajemala pretvorbo CO 2 do monomerov, in sicer s pomočjo razvoja katalizatorjev, kemijskega Foto katalitska priprava bio osnovanih zelenih spojin Postopki elektrokatalitske pretvorbe CO 2 Sinteza in napredna študija aktivnosti, stabilnosti in selektivnosti elektrokatalizatorjev za pretvorbo atmosferskega dušika Organska elektrosinteza reakcijskega inženirstva in modeliranja. Danes se večina snovi proizvede iz surovin fosilnega izvora z uporabo potratnih postopkov, foto kataliza pa temelji na rabi sončne energije, ki bi jo uporabili za pretvorbo bio osnovanih spojin iz biomase. CO 2 poleg biomase predstavlja edini trajni vir ogljikovih surovin, danes pa se ga pretvarja do npr. metanola, sečnine..., za kar potrebujemo vodik, ki se ga pridobiva z elektrolizo neposredna elektro katalitska pretvorba omogoča znatno izboljšavo. Globalna energetska kriza in posledične podnebne spremembe bodo povzročile zmanjšano porabo fosilnih goriv in večjo uporabo alternativnih virov energije kot je sončna energija. Velik izziv prihodnosti bo predstavljala konverzija oz. shranjevanje presežne sončne energije. Poleg elektrolize vode in elektroredukcije CO 2, se tu ponuja še elektrokemijska pretvorba atmosferskega dušika, ki predstavlja 78 % zraka, v spojine z dodano vrednostjo ter s tem potencialno nadomesti Haber Bosch proces. Raziskovalna tematika se bo spoprijela s področjem organske elektrosinteze. Z uporabo elektrokatalizatorjev bomo poskušali selektivno sintetizirati organske spojine. Naš cilj bo ponuditi alternativo konvencionalnim, dragim in okolju nevarnim redoks sistemom, ki se sicer trenutno uporabljajo pri klasični organski sintezi. Blaž Likozar Blaž Likozar Nejc Hodnik Primož Jovanovič D13/D9 /D4 1

2 Tri dimenzionalna makroporozna ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov, pripravljena z emulzijskim templatiranjem Študent/ka bo pripravil/la sintetične polipeptide z različnimi funkcionalnostmi s polimerizacijo z odpiranjem obroča. Le te bo nato zamrežil/a v emulzijah z visokim deležem interne faze in tako dobil/a razgradljiva makroporozna ogrodja, ki jih bo nadalje testiral/a za uporabo v tkivnem inženirstvu. David Pahovnik D7/D11 Multiskalne simulacije baterijskih sistemov Modeliranje oksidacije alkenov od kvantne mehanike do industrijskega merila Teoretično modeliranje površin elektrod pri elektrokemijskih procesih v baterijah naslednje generacije: od atomske skale do kinetike na mezo skali. Najpomembnejša katalitična reakcija oksidacije v industrijskem merilu je epoksidacija. Reakcijo bomo opisali z metodami kvantne fizike, kinetičnih simulacij in računske dinamike fluidov, potem pa jo eksperimentalno izvedli. Drejc Kopač in Anja Kopač Lautar Matej Huš D13/D9 Izvor entropije Dizajniranje novih materialov za čiščenje zraka Rjavi ogljik v ozračju Pri okoljsko pomembnih reakcijah v atmosferi entropija igra odločilno vlogo. Teoretično (kvantna molekulska dinamika, statistična termodinamika) in eksperimentalno (fotoliza z laserskim žarkom) bomo proučili termodinamiko reakcij v atmosferskih aerosolih. PM delci so škodljivi za naše zdravje, vplivajo na vreme in povzročajo klimatske spremembe. Natančno bomo proučili interakcije PM delcev iz ozračja z različnimi površinami in dizajnirali nove, cenovno dostopne materiale z izrazitimi lastnostmi za čiščenje zraka na energetsko učinkovit način. Rjavi ogljik absorbirajoči del organskih aerosolov vpliva na absorpcijske lastnosti ozračja in s tem na vidljivost, ekosistem in najpomembneje, na podnebne spremembe (efekt tople grede). Zanimajo nas njegova identiteta, izvori ter sekundarni nastanek in staranje v ozračju. Matej Huš Ana Kroflič Ana Kroflič D13/D4/D1 D4/D10 D4/D13 2

3 Dinamični model človeške DNA topoizomeraze IIα in razvoj novih katalitičnih inhibitorjev kot protirakavih učinkovin Deaktivacija in degradacija katalizatorjev pri procesih pretvorbe CO 2 Multiskalno modeliranje procesov pri nizko temperaturnih gorivnih celicah Mehanizem sintranja katalitskih nanodelcev Uporabili bomo metode molekulskih simulacij v kombinaciji z biokemijskimi eksperimenti in študirali mehanistično delovanje molekulskega motorja človeške DNA topoizomeraze IIα. Nadalje bomo načrtovali in okarakterizirali nove katalitične inhibitorje topo IIα, ki bi se vezali na ATP vezavno mesto na ATPazni domeni in bi bili primerni za nadaljnji predklinični razvoj. Tak pristop predstavlja novo alternativno paradigmo inhibicije topo IIα, ki lahko vodi do varnejših protirakavih terapij. Pretvorba CO 2 do metanola (bodisi preko konvencionalnih katalitskih reaktorjev ali elektro katalitske sinteze) predstavlja atraktivno tehnologijo za zmanjševanje ogljičnega odtisa. Zato je razumevanje degradacijskih in deaktivacijskih procesov ključnega pomena, ki bo omogočala tehnologiji znatno izboljšavo. Za celovit opis učinkovitosti gorivne celice je potrebna sklopitev znanj, ki opisujejo procese od mikro (npr. DFT), mezo (npr. KMC) do makro (npr. CFD) nivoja. Popolna virtualizacija multiskalnega modeliranja procesov, ki se odvijajo znotraj gorivne celice, predstavlja velik naskok pri razumevanju in načrtovanju novih ter učinkovitejših elektro katalizatorjev. Sintranje je eden glavnih vzrokov, ki znižuje učinkovitost katalizatorja. 3D KMC (kinetične Monte Carlo) metoda je močno orodje, ki podaja razumevanje tega procesa na atomarnem nivoju. Skupaj z»in situ «TEM mikroskopijo predstavljata poglobljen opis koalescence katalitskih nanodelcev, ki pripomoreta k boljšemu načrtovanju katalizatorjev. Andrej Perdih Andraž Pavlišič Andraž Pavlišič Andraž Pavlišič D1/D11 /D4 /D4 3

4 Sinteza organskih polimerov in njihova uporaba v večvalentnih (Mg, Ca, Al) organskih akumulatorjih Elektrokemično recikliranje plemenitih kovin na okolju prijazen način Katalitski procesi v biorafineriji Sintetizirali bomo organske polimere iz razreda konjugiranih karbonilnih spojin (antrakinoni, benzokinoni, poliimidi). Te spojine bodo aplicirane kot katode v novem razredu baterij na osnovi večvalentnih kovinskih anod (Mg, Ca and Al). Akumulatorji na osnovi večvalentnih kovin ponujajo izboljšane energijske gostote za prihodnje generacije akumulatorjev, a so trenutno omejeni zaradi slabega delovanja anorganskih katod. Elektrokemijske mehanizme organskih katod bomo preiskovali s pomočjo različnih operando in ex situ tehnik, predvsem operando ATR IR. Plemenite kovine (zlato, platina, paladij, rodij, itd.) so velikega pomena za proizvodnjo naprednih tehnologij kot so električna, elektronska in medicinska oprema ter katalizatorji. Deklarirane so kot kritične surovine saj jih je v naravi izjemno malo (prihajajo iz vesolja). V prihodnosti bo potrebno najti okolju prijazen način za vzpostavitev krožnega gospodarstva. Z razvojem naprednih elektrokemijskih metod (sklopitev ICP MS, kromatografije, spektroskopija, elektronska mikroskopija, itd.) se bo pridobilo novo fundamentalno znanje o raztapljanju teh kovin. Razvoj in optimizacija katalizatorjev ter procesov za učinkovito pretvorbo biomase v kemikalije z visoko dodano vrednostjo so izjemnega pomena pri načrtovanju biorafinerije, katere postavitev se obeta tudi v Sloveniji. Jan Bitenc Nejc Hodnik Miha Grilc D10/D07/D1 /D4 4

5 Načrtovanje in napredna karakterizacija potoelektrokemičnih katalizatorjev za produkcijo goriv Electro reduction of CO2 on carbonsupported noble metals single atom catalysts Uravnavanje aktivacije inflamasoma NLRP3 za imunoterapijo raka in kroničnih bolezni Čista, trajnostna in okolju prijazna energija predstavlja globalni znanstveni izziv. Neposredno izkoriščanje sončne svetlobe ponuja obetavno smer, saj lahko sončno energijo pretvori direktno v vodik in CO 2 v koristne ogljikovodike. V tem projektu se bodo že znani in na novo oblikovani katalizatorji testirali z naprednimi analiznimi tehnikami. Pridobljeno znanje bo vodilo v poglobljeno razumevanje ter izboljšavo katalizatorjev. Transition to sustainable and green energy sources will take some time and until then surplus of atmospheric CO 2 should be used as a universal feedstock. Electrochemical CO 2 reduction reaction (CO2 RR) is an elegant way to convert CO 2 into value added chemicals, like alcohols and hydrocarbons. Noble metals single atom catalysts (NM SACs) supported on various carbon materials are the new class of highly perspective CO 2 RR electrocatalysts. This project will rely on the synergy between advanced methods for the synthesis and characterization of NM SACs, as well as on comprehensive investigations of their activity, selectivity and operational stability. Vnetni procesi igrajo ključno vlogo pri zaščiti organizma pred okužbo vendar tudi v avtoimunih boleznih ter pri staranju. NLRP3 inflamasom je proteinski kompleks, ki ima pomembno vlogo v naravni imunosti čeprav njegov mehanizem aktivacije še ni popolnoma pojasnjen. Namen doktorskega dela je raziskati, mehanizem aktivacije inflamasoma NLRP3, ter njegovo uporabo za terapijo preko aktivacije (npr. pri cepivih in raku) ali zaviranja (v primeru kroničnih vnetnih bolezni), pri čemer bomo uporabili pristope sintezne imunologije. Nejc Hodnik Milutin Smiljanić Iva Hafner Bratkovič /D4 D10/D13/D4 D12/D11/D1 5

6 Simulacije mešalnih reaktorjev in posod z računsko dinamiko tekočim (CFD) Ion batteries characterisation by advanced transmission electron microscopy (TEM) under ambient and cryogenic conditions. Poznavanje hidrodinamskega okolja je izrednega pomena za industrijske procese kot so kristalizacija, raztapljanje in proizvodnja s celičnimi kulturami ter za njihovo uspešno načrtovanje (npr. povečevanje na višji nivo). Designing the model battery setups for the direct in situ liquid cell TEM observations of changes that happen upon electrochemical cycling down to atomic scale. Modelling TEM conditions. Studying under room T and cryo conditions the postmortem nano and atomic scale changes of the cathode materials corresponding to different cycling stages up to battery failure. Andrej Pohar Elena Tchernychova D13/D1 D10/D13/D11 6