UNIVERZITA PAVLA JOZEFA ŠAFÁRIKA V KOŠICIACH

Vedecké zameranie

1. Oblasť usporiadaných nanopórovitých materiálov sa sústreďuje na výskum dvoch typov látok: a.) usporiadanej nanopórovitej siliky a b.) metalo-organických sietí (metal-organic frameworks).

a.) Usporiadaná nanopórovitá silika – V. Zeleňák, D. Halamová, A. Zeleňáková, M. Almáši

Problematika usporiadanej nanopórovitej siliky (PNS) sa objavila na scéne v roku 1992, odvtedy púta veľkú pozornosť v rámci svetového výskumu. Na Slovensku ju adaptovali a rozvíjajú členovia tímu. Usporiadaná nanopórovitá silika sa na rozdiel od iných foriem SiO₂ vyznačuje rovnomerne usporiadanými, unimodálnymi pórmi, ktorých veľkosť je možné ladiť od cca 4nm až po 30 nm. Táto forma siliky sa pripravuje sol-gel metódou s využitím samousporadúvania povrchovo aktívnych látok, ktoré tvoria štruktúrny motív pri syntéze. Existujú rôzne typy usporiadanej nanopórovitej siliky. Členovia tímu sa v rámci svojich prác zaoberali silikou hexagonálnej symetrie (MCM-41, SBA-15) a kubickej symetrie (SBA-12, SBA-16, MCM-48). Výhodou siliky je, že jej povrch je možné cielene chemicky modifikovať pre rôzny účel použitia. Členovia tímu sa v svojich prácach zaoberali návrhom syntéz usporiadaných nanopórovitých materiálov na báze siliky, ako aj jej použitím. Členovia tímu skúmali použitie PNS v nasledujúcich oblastiach:

• Sorpcie oxidu uhličitého
• Vývoja nových nosičov liečiv s cieleným dodávaním a uvoľňovaním liečiva vplyvom fyzikálnych stimulov
• Prípravy kompozitných magnetických nanomateriálov (viď .oblasť 3).

Silika a štruktúra	Silika a sorpcia CO2	Silika a drug delivery

Reprezentatívne publikácie k PNS:

1. E. Beňová, V. Zeleňák, D. Halamová, M. Almáši, V. Petruľová, M. Psotka, A. Zeleňáková, M. Bačkor, V. Hornebecq: A drug delivery system based on switchable photo-controlled p-coumaric acid derivatives anchored on mesoporous silica, Journal of Materials Chemistry B, 5 (2017) 817-825
2. V. Zeleňák, D. Halamová, L. Gaberová, E. Bloch, P. Llewellyn, Amine-modified SBA-12 mesoporous silica for carbon dioxide capture: Effect of amine basicity on sorption properties, Microporous Mesoporous Materials, 116 (2008) 358-364
3. V. Zeleňák, J. Magura, A. Zeleňáková, R. Smolkova: Carbon dioxide and methane adsorption over metal modified mesoporous SBA-15 silica, PURE AND APPLIED CHEMISTRY, 89 (2017) 493-500.

b.) Metalo-organické siete (metal-organic frameworks) – V. Zeleňák, M. Almáši

Problematika pórovitých metalo-organických sietí (MOF) je jednou z najrýchlejšie sa rozvíjajúcich oblastí chémie v priebehu uplynulého desaťročia. Na Slovensku túto problematiku zaviedli a rozvíjajú členovia špičkového tímu. Pórovité MOFs sú vysoko kryštalické, anorganicko-organické zlúčeniny s trojrozmernou štruktúrou. Vznikajú spájaním klastrov kovov, označovaných ako sekundárne stavebné jednotky (SBU), s multidentátnymi organickými ligandmi (napr. karboxylátmi) prostredníctvom koordinačných väzieb. Hybnou silou pri rýchlom rozvoji tejto oblasti chémie sú vynikajúce charakteristiky a vlastnosti pórovitých MOF, jeden gram takejto látky môže mať veľkosť povrchu niekoľko tisíc m²/g. MOF majú široké potenciálne využitie napr. v katalýze, magnetických aplikáciách, pri príprave luminiscentných materiálov, ale najmä v oblasti uskladňovania a separácie plynov. S využitím konceptu „retikulárnej syntézy“ je možné veľkosti pórov v MOF ľahko meniť od angströmov po nanometre.
Členovia tímu skúmajú použitie MOF v nasledujúcich oblastiach:

• Sorpcie plynov
• Katalýzy
• Magnetických vlastností

 

MOF a sorpcia plynov	MOF a katalýza	MOF a drug delivery

 

Reprezentatívne publikácie k MOF:

1. Miroslav Almáši, Vladimír Zeleňák, Arnošt Zukal, Juraj Kuchár, Jiři Čejka: A novel zinc(II) metal-organic framework with a diamond-like structure: Synthesis, study of thermal robustness and gas adsorption properties, DALTON TRANSACTIONS, 45 (2016) 1233-1242.
2. Miroslav Almáši, Vladimír Zeleňák, Juraj Kuchár, Sandrine Bourrelly, Philip Llewellyn: New members of MOF-76 family containing Ho(III) and Tm(III) ions: Characterization, stability and gas adsorption properties, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 496 (2016) 114-124.
3. M. Almáši, V. Zeleňák, M. Opanasenko, I. Císařová, Ce(III) and Lu(III) metal-organic frameworks with Lewis acid metal sites: Preparation, sorption properties and catalytic activity in Knoevenagel condensation, CATALYSIS TODAY, 243 (2015) 184-194

 

2. Oblasť magnetických mikrodrôtov – R. Varga, Z. Vargová

Oblasť magnetických drôtov sa sústreďuje na výskum a vývoj moderných multifunkčných materiálov s význačnými vlastnosťami. Sklom potiahnuté magnetické mikrodrôty sa vyznačujú extrémne rýchlym magnetizačným procesom, v dôsledku ktorého je možné ho snímať aj z veľkých vzdialeností jednoducho a bezkontaktne. Magnetizačný proces je navyše citlivý na magnetické pole, teplotu, mechanické pnutie a pod. Tieto vlastnosti umožňujú  následne aplikovať sklom potiahnuté mikrodrôty pri vývoji miniatúrnych multifunkčných senzorov a aktuátorov polohy, teploty a mechanického napätia.

SEM snímok sklom potiahnutého magnetického mikrodrôtu	Aplikácia mikrodrôtov ako senzorov na meranie teploty v biomedicíne	Monokryštalické mikrodrôty s javom tvarovej pamäte sa vyznačujú veľkým predĺžením spojeným s veľkou zmenou permeability

Reprezentatívne publikácie k magnetickým mikrodrôtom:

1. R. Varga, P. Klein, R. Sabol et al. „Magnetically bistable microwires: Properties and applications for magnetic field, temperature, and stress sensing.“ (Book Chapter) Springer Series in Materials Science, 252 (2017), 169-212.
2. R. Varga, T. Ryba, Z. Vargova, K. Saksl, V. Zhukova, A. Zhukov, „Magnetic and structural properties of Ni-Mn-Ga Heusler-type microwires“ Scripta Materialia 65 (2011), 703-706;
3. R Varga, K.L. Garcia, M. Vazquez, P. Vojtanik, „Single-domain wall propagation and damping mechanism during magnetic switching of bistable amorphous microwires.“ PHYSICAL REVIEW LETTERS  94  (2005), 017201.

 

3. Oblasť magnetických nanočastíc – A. Zeleňáková, V. Zeleňák, P. Hrubovčák

V oblasti výskumu magnetických nanočastíc tím používa na prípravu nanočastíc dva prístupy. Prvý prístup je založený na mikroemulznej reverznej micelovej metóde, pomocou ktorej sú pripravované magnetické nanočastice s core-shell štruktúrou (viď obr. nižšie). Druhý prístup má názov aj „nanocasting“, kde sa usporiadané nanopórovité matrice popísané v oblasti č. 1, využívajú ako formy pri príprave nanočastíc (viď obr. nižšie). V závislosti na rozmernosti pórovitej matrice je možno ladiť magnetické interakcie medzi časticami. Pripravené magnetické systémy sa skúmajú:

• V oblasti fundamenálneho magnetizmu
• V oblasti magnetického cielenia a zobrazovania

Metóda nanocastingu	Core-shell Fe@Au nanočastice pripravené mikroemulznou metóodou

  

Reprezentatívne publikácie k magnetickým nanočasticiam:

1. V. Zeleňák, A. Zeleňáková, J. Kováč, U. Vainio, N. Murafa, Influence of Surface Effects on Magnetic Behavior of Hematite Nanoparticles Embedded in Porous Silica Matrix, Journal of Physical CHemistry C, 113 (2009) 13045-13050
2. A. Zeleňáková, V. Zeleňák, Š. Michalík, J. Kováč, M.W. Meisel, Structural and magnetic properties of CoO-Pt core-shell nanoparticles, PHYSICAL REVIEW B, 89 (2014) Article Number: 104417
3. A. Zeleňáková, V. Zeleňák, I. Maťko, M. Strečková, P. Hrubovčák, J. Kováč: Superferromagnetism in chain-like Fe@SiO2 nanoparticle ensembles, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 116 (2014) Article Number: 033907
4. V. Zeleňák, D. Halamová, A. Zeleňáková, V. Girman: Periodic 3D nanoporous silica modified by amine or SPION nanoparticles as NSAID delivery system, JOURNAL OF POROUS MATERIALS, 23 (2016) 1633-1645