Non-hydrolytic sol-gel synthesis of metal oxides and phosphates and their applications incatalysis and energy storage
Project goals
The goal of this project is to prepare highly porous metal oxides and metalophosphates by non-hydrolytic sol-gel reactions. Prepared xerogels and porous monoliths will possess controlled chemical composition, atomic scale homogeneity, adjustable pore size, and functional groups on the surface which will impose catalytic and lithium intercalation properties. Novel non-hydrolytic reactions will be developed and employed in the synthesis of hierarchical micro/meso/macroporous materials with large surface area, adjustable pore diameter and pore volume. The reactions will be based on polycondensation of precursors by acetamide, silylamine, and ester eliminations carried out in aprotic solvents. The employed source of phosphate will be trimethylsilyl esters of phosphoric acid and metal amides, M(NR2)x, alkoxides, M(OR)x, and acetates M(OAc)x, (M = Ti, Zr, V, Fe, Sn, Zn, and Al, R = Me, Et) will serve as the metal sources. Mesoporosity will be achieved by templating with nonionic surfactants, such as Pluronic or Brij. Macroporous monolithic structures will be achieved by phase separation in mixed good/poor solvent systems where solubility of growing oligomeric chains will change with increasing molecular weight. Predesigned molecular precursors will also be synthesized based on polynuclear molecules with suitable atomic configuration and suitable reactive groups. These will be then converted by optimized routes to multi-component systems, such as mixed-metal oxides and phosphates. In the context of mixed-metal systems, the key challenge is to obtain chemically homogeneous sols with an atomic mixing of all phase-forming elements. Syntheses of xerogels will be carried out by thermolytic, sonochemical, and microwave techniques where molecular precursors will be condensed to form desired phases, such as iron, aluminum, tin, tungsten, and zinc oxides, or to titanium, zirconium, uranium, tin phosphates, and mixed lithium-iron and lithium-manganese phosphates.
Keywords
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
—
Call for proposals
—
Main participants
Masarykova univerzita / Středoevropský technologický institut
Contest type
M2 - International cooperation
Contract ID
MSMT-1907/2017
Alternative language
Project name in Czech
Nehydrolytická sol-gelová syntéza oxidů a fosforečnanů kovů a jejich aplikace v katalýze a ukládání energie
Annotation in Czech
Cílem tohoto projektu je připravit vysoce porézní oxidy kovů a fosforečnany kovů nehydrolytickými sol-gelovými reakcemi. Xerogely a porézní monolity budou připravovány s řízeným chemickým složením, homogenitou v atomovém měřítku, regulovatelnou velikostí pórů a s funkčními skupinami na povrchu, které budou dodávat katalytické vlastnosti a interkalační možnosti pro lithné ionty. Nově vyvinuté nehydrolytické reakce budou aplikovány na přípravu pravidelně uspořádaných mikro/mezo/makroporézních materiálů s velkým měrným povrchem, regulovatelným průměrem a objemem pórů. Reakce budou založeny na polykondenzaci prekurzorů acetamidovými, silylaminovými a esterovými eliminacemi prováděnými v aprotických rozpouštědlech. Jako zdroj fosforečnanů budou využity trimethylsilylestery kyseliny fosforečné, a amidy, M(NR2)x, alkoxidy, M(OR)x, a octany M(OAc)x, (M = Ti, Zr, V, Fe, Sn, Zn a Al, R = Me, Et) budou sloužit jako zdroj kovů. Mezoporozity bude dosaženo templátováním s neionogenními povrchově aktivními látkami, jako je Pluronic nebo Brij. Makroporézní monolitické struktury bude dosaženo fázovou separací v kombinovaném systému rozpouštědel (dobré/špatné), kde se rozpustnost rostoucích oligomerních řetězců bude měnit se vzrůstající molekulovou hmotností. Předem navržené molekulové prekurzory budou připraveny na bázi polynukleárních molekul s vhodnou atomovou konfigurací a vhodnými reaktivními skupinami. V kontextu směsných systémů kovů je klíčovou výzvou získat chemicky homogenní koloidní roztoky s dobrým promísením atomů prvků, které tvoří výsledné fáze. Syntézy xerogelů budou provedeny termolytickými, sonochemickými a mikrovlnnými technikami, kde budou molekulární prekurzory kondenzovat za vzniku požadovaných fází, jako jsou oxidy železa, hliníku, cínu, wolframu a zinku nebo fosforečnany titanu, zirkonia, uranu, cínu a směsné fosforečnany lithno-železnatý a lithno-manganatý.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
CA - Inorganic chemistry
CEP - secondary branch
JJ - Other materials
CEP - another secondary branch
—
10402 - Inorganic and nuclear chemistry
20502 - Paper and wood
20503 - Textiles; including synthetic dyes, colours, fibres (nanoscale materials to be 2.10; biomaterials to be 2.9)
21001 - Nano-materials (production and properties)
21002 - Nano-processes (applications on nano-scale); (biomaterials to be 2.9)
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
This project was being realized in the framework of the MOBILITY Activity that aims primarily on establishing and strenghtening ties with foreign research institutions. The control of particular outputs is not implemented by the evalution committee, but the correctness of allocated finances and the adequacy of their use are checked.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2017
Realization period - end
Dec 31, 2018
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 29, 2018
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP19-MSM-7A-U/01:1
Data delivery date
Jun 18, 2019
Finance
Total approved costs
108 thou. CZK
Public financial support
108 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
108 CZK thou.
Public support
108 CZK thou.
100%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
CEP
CA - Inorganic chemistry
Solution period
01. 01. 2017 - 31. 12. 2018