Projekti / Programi
Napredna anorganska kemija
01. januar 2018
- 31. december 2023
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
Materiali, Koordinacijska kemija, Shranjevanje in pretvorba energije, Zdravilne učinkovine z novimi načini delovanja, Elektrokemijska medfaza, Materiali za sončne celice, Kovinsko organska ogrodja, Kovinske protirakave učinkovine, Kovinske antidiabetične učinkovine, Strukturna karakterizacija
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
22. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
840 |
19.142 |
16.040 |
19,1 |
| Scopus |
843 |
20.261 |
17.112 |
20,3 |
Raziskovalci (29)
Organizacije (1)
Povzetek
Raziskovalni program »Napredna anorganska kemija« obsega dve pomembni raziskovalni področji anorganske kemije – kemijo materialov in koordinacijsko kemijo. Program je nadaljevanje programa »Sinteza, struktura, lastnosti snovi in materialov«, ki smo ga posodobili in reorganizirali. Izhodišče raziskovalnega programa je sinteza novih spojin in materialov ter njihova strukturna karakterizacija z različnimi tehnikami rentgenske difrakcije, NMR in elektronske mikroskopije. Predlagane raziskave so razdeljene na dva večja delovna sklopa (DS1, DS2) s pripadajočimi podsklopi (DS1a-c, DS2a-b).
Delovni sklop Pametni sistemi za shranjevanje in pretvorbo energije (DS1) obravnava elektrokemijsko medfazo (DS1a), anorganske materiale za sončne celice (DS1b) in kovinsko-organska ogrodja (DS1c). Te tematike so pomembne za zmanjšanje odvisnosti od fosilni goriv ter nujne za razvoj naprednih tehnologij za pretvorbo, shranjevanje in kasnejšo uporabo energije iz obnovljivih virov. Glavne naloge v tem delovnem sklopu vključujejo sistematične elektrokemijske študije ORR v organskih medijih in elektrokemijske medfaze na različnih elektrodah, sintezo organsko-anorganskih perovskitov za komponente sončnih celic in kovinsko-organskih ogrodij za shranjevanje vodika ter njihovo strukturno karakterizacijo z rentgensko difrakcijo na monokristalih ali prahovih. Poleg tega bomo izvedli študije električnih, termičnih in optičnih lastnosti novih materialov ter kemijske reaktivnosti kot ključnih parametrov za potencialne aplikacije.
Delovni sklop Zdravilne učinkovine z novimi načini delovanja (DS2) obravnava kovinske protitumorne učinkovine (DS2a) in učinkovine proti sladkorni bolezni (DS2b). Rak in sladkorna bolezen sta veliko zdravstveno breme za človeštvo za katero nimamo idealnih zdravil. Glavne naloge obeh delovnih podsklopov so slične – želimo pripraviti knjižnice koordinacijskih spojin rutenija, vanadija in cinka z izbranimi ligandi (hidroksikinolini, pikolini, piridin N-oksidi in β-diketoni). Strukturno karakterizacijo z difrakcijskimi metodami bomo dopolnili z NMR, UV-Vis, IR in masno spektroskopijo. Določili bomo pomembne bioanalitske parametre, stabilnost in reaktivnost v vodnih raztopinah, ki simulirajo fiziološke razmere in preučevali molekulske mehanizme delovanja.
Kljub temu, da delovna sklopa obsegata raznoliki tematiki, so raziskave povezane preko ekspertize članov programske skupine na področju strukturne analize. Cilja obeh delovnih sklopov sta določitev in študija odnosov med strukturo in kemijskimi lastnostmi, kar bomo dosegli z izpolnjevanjem jasno definiranih nalog, ki so uresničljive na podlagi ekspertize članov skupine in znanstvene infrastrukture, ki nam je na razpolago.
Pomen za razvoj znanosti
Shranjevanje energije in sistemi za energetske pretvorbe so skupaj z nanotehnologijo in naprednimi materiali eno izmed prioritetnih področij raziskav Evropskega sveta za raziskave. Skladno s tem zahodne članice EU pojmujejo področje energije kot ključno za nadaljnji razvoj (npr. Nizozemska), s poudarkom na fotovoltaiki, vetrnih turbinah, shranjevanju energije in toplote, ter jedrski tehnologiji kot ključnimi tematikami na področju energije. V okviru raziskovalnega programa bomo skušali rešiti tri vprašanja s področja znanosti materialov in anorganske kemije. Predlagane raziskave bodo slonele na preučevanju povezav med strukturo in lastnostmi in lahko služijo kot zgled za druge raziskovalne skupine. Novost našega pristopa je v dizajnu a) revolucionarnih novih elektrokemijskih medfaz s krojenimi lastnostmi za gorivne celice, baterije in superkondenzatorje; v vseh sistemih gre za neravnotežne pojave, b) kombiniranih organsko-anorganskih absorberjev svetlobe s perovskitno strukturo za uporabo v sončnih celicah, in c) kovinsko-hidridna ogrodja lahkih kovin kot nove material za shranjevanje vodika ali adsorpcijo in separacijo plinov.
Prepričani smo, da predlagane raziskave lahko povzročijo nove preboje in vzpodbudijo napredek na tem znanstvenem področju in posledično vodijo do odkritij in izumov za shranjevanje in konverzijo energije.
Biološke študije, ki vključujejo kovinske zvrsti so aktualna tematika sodobnih raziskav, kar dokazuje tudi dejstvo, da so številne pomembne znanstvene revije temu področju namenile posebne izdaje. Cisplatin, kovinsko zdravilo je v klinični rabi že več kot 40 let in je eno najuspešnejših protirakavih zdravil. Izziv raziskovalcev na tem področju je poiskati nove učinkovine, ki so obenem visoko učinkovite ter nizko toksične. Molekulski mehanizmi delovanja kovinskih učinkovin še niso pojasnjeni pri čemer se trenutno predpostavlja sočasno delovanje na več tarč. Hiter razvoj spektroskopskih tehnik in analitskih metod v zadnjem desetletju nam zdaj omogoča vpogled v način delovanja tovrstnih spojin. Kovinske spojine največkrat delujejo kot predzdravila – v vodnih medijih ali v stiku z molekulsko tarčo pride do kemijske pretvorbe v delujočo kemijsko zvrst.
Srednjeevropska regija velja za vodilno na področju bioanorganske kemije. Dolgoletne povezave med vodilnimi znanstveniki na tem področju in člani raziskovalnega programa bodo preko nadaljevanja financiranja omogočile nadaljevanje primata regije na tem raziskovalnem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Namen projekta ni zgolj zgraditi naprave za konverzijo in shranjevanje energije ampak tudi za pridobivanje vpogleda v strukturo materialov in kemijskih procesov na atomski ravni, ki potekajo, npr. a) kemijske strukture in kemijski procesi v napravah za shranjevanje in konverzijo energije, b) razvoj metodologije. Naši pristopi vsebujejo enormne potenciale za aplikacijo. PEM in alkalne gorivne celice, Li-ionske baterije, baterije Zn-zrak, superkondenzatorji, elektrolizerji, solarne celice – vse te tehnologije, ki so direktno povezane s procesi in materiali, ki jih preučujemo, bodo z našimi raziskavami napredovale. Naš predlog neposredno obravnava več težav, ki jih omenja evropska razvojna politika. Poleg tega bodo rezultati predlaganih raziskav izjemnega tehnološkega pomena za razvoj naprednih alternativnih energetskih sistemov. Predlagana ideja je tesno povezana tudi z novim strateškim načrtovanjem in sinteznim programom, katerega cilj je razvoj zanesljive alternativne energetske tehnologije. Naše raziskave se prekrivajo z drugimi akademskimi in industrijskimi pobudami, zlasti v zvezi z energetskim sektorjem, kjer se spodbuja energetska neodvisnost od fosilnih goriv. To delo bo koristno za vse pobude EU in bo zagotovilo temeljne informacije o novih medfaznih strukturah v vodnih in organskih elektrolitih, ki do danes niso bili podrobno obravnavani.
Rakava obolenja in sladkorna bolezen predstavljata veliko finančno in družbeno breme za vse prizadete. Cena zdravil pri tem predstavlja velik del stroškov v zdravstvu. V primeru raka je treba posebej poudariti še pomanjkanje alternativ standardnim zdravilom ob razvoju rezistence. Življenjska doba obolelih posameznikov in kvaliteta njihovega življenja sta dve izmed glavnih pokazateljev razvitosti držav. Kljub temu, da je bil v zadnjih 50 letih na področju zdravljenja raka in sladkorne bolezni narejen ogromen korak naprej izzivov ne primanjkuje. Kljub temu, da je raziskovalni program umeščen v akademsko okolje, v katerem je primarni cilj raziskav vključitev novih spoznanj v programe izobraževanja in usposabljanja smo temeljito preučili tržni potenial novih odkritij. Pri eksperimentalnem delu bomo za namene sinteze razvili nove kovinske prekurzorje, saj je na tržišču mednarodnih ponudnikov kemikalij izrazito pomanjkanje tovrstne ponudbe po sprejemljivih cenah. Povpraševanje po npr. rutenijevih prekurzorjih je visoko, saj se spojine preiskujejo kot potencialni katalizatorji v organski kemiji pri reakcijah C-H aktivacije in olefinske metateze (Nobelova nagrada leta 2005). Glede na preliminarne rezultate bioloških študij bomo preučili možnost zavarovanja intelektualne lastnine v obliki mednarodnih patentov.
Raziskovalni program je vpet v izobraževalni sistem na akademski ravni in je del visokokakovostnega študija kemijskih znanosti. Udeležba mladih članov raziskovalnega programa v študijskem procesu bo omogočila stik z dodiplomskimi, magistrskimi in podiplomskimi študenti ter mobilnost prek različnih programov mobilnosti, ki jih podpirata EU in Republika Slovenija (Erasmus, COST itd). Uveljavljena raziskovalna partnerstva z ustanovami iz srednje Evrope in Združenih državah Amerike, ki temeljijo na obstoječih mednarodnih sodelovanjih raziskovalne skupine, bodo ravno tako uporabljena v omenjene namene. Del znanja, doseženega v času projekta (npr. strukturni podatki o novih spojinah) bo deponiran v zbirke podatkov, ki jih uporabljajo raziskovalci po vsem svetu za računalniške raziskave oziroma za napovedovanje kemične in fizikalne lastnosti snovi (materialov, zdravil, itd).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
