果冻传媒

Shuxia Tao is professor in Computational Materials Physics aan de afdeling Applied Physics and Science 果冻传媒, waar ze halfgeleiders zoals perovskieten bestudeert. Ze leerde deze familie van materialen zeer goed kennen toen ze onderzoek deed naar nieuwe materialen voor zonnecellen.

Spiegelbeelden

Tijdens Tao's onderzoek viel haar op dat veel materialen, zowel organische als anorganische, chirale eigenschappen hebben.

Shuxia Tao legt uit: 鈥淐hiraliteit verwijst naar een eigenschap waarbij objecten spiegelbeelden van elkaar zijn, maar niet over elkaar heen kunnen worden gelegd, zoals onze linker- en rechterhand. Deze eigenschap is universeel van aard en komt in alles voor, van de draaiing in DNA tot de spin van subatomaire deeltjes.鈥�

鈥淐hirale perovskieten zijn uniek omdat ze fungeren als een brug tussen organische en anorganische systemen. Ze kunnen organische chirale moleculen opnemen in een anorganisch rooster, dat uitstekende opto-elektronische eigenschappen biedt. Deze combinatie cre毛ert een uniek platform om de intrigerende eigenschappen van chiraliteit op een zeer gecontroleerde manier te bestuderen鈥�, zegt Tao.

鈥淲anneer chirale systemen interageren met elektronenspin, ontstaat er een fenomeen dat Chiral-Induced Spin Selectivity (CISS) wordt genoemd. Dit effect stelt chirale moleculen in staat om elektronen te filteren op basis van hun spin.鈥�

鈥淓lektronen, die zich gedragen als kleine magneten, kunnen chirale moleculen met een specifieke handigheid aantrekken als hun spins op 茅茅n lijn liggen. Deze verschijnselen hebben aanzienlijke implicaties, vari毛rend van effici毛ntere elektronica tot veiliger medicijnontwerp. Onderzoekers hebben onlangs voorgesteld dat het CISS-effect zou kunnen verklaren waarom biologische systemen inherent chiraal zijn.鈥�

Een uniforme theorie van chirale materialen

De huidige modellen kunnen het gedrag van chiraal materiaal niet nauwkeurig voorspellen. Dat is waarom Tao perovskieten gaat bestuderen om nauwkeurige theoretische modellen uniform op te stellen. Dit gaat wetenschappers uit verschillende vakgebieden, zowel binnen de natuurkunde als in de (bio)chemie, helpen om chiraal (kwantum) gedrag kwantitatief te voorspellen.

Tao: 鈥淎ls we volledig kunnen begrijpen hoe chiraliteit het gedrag van perovskiet be茂nvloedt, een materiaal dat we heel goed kennen, kunnen we deze inzichten toepassen op veel andere materialen. Ons vooronderzoek, dat we twee jaar geleden begonnen, geeft aan dat we op de goede weg zijn.鈥�

鈥淐hirale perovskieten zijn ongelooflijk veelzijdig. We kunnen chiraliteit en ladingsoverdracht verbeteren door hun dimensionaliteit en chemische samenstellingen aan te passen. Dat ontgrendelt nieuwe natuurkunde  en functionaliteiten.鈥�

鈥淒aarom zijn deze materialen zo veelbelovend. Voor de ontwikkeling van innovatieve opto-elektronica en voor het veranderen van hoe wij chiraliteit begrijpen. De potenti毛le impact van deze materialen strekt zich uit van semiconductors tot gebieden als hernieuwbare energie en het ontwerpen van geneesmiddelen.鈥�

鈥淓n misschien kunnen ze ons zelfs dichter bij de oplossing van het mysterie van het ontstaan van het leven brengen.鈥�

Flexibele katalysatoren

Ook Nikolay Kosinov, professor in Molecular Heterogenous Catalysis aan de faculteit Chemical Engineering and Chemistry, is gefascineerd door het gedrag van materialen.

Katalysatoren, zijn onderzoeksonderwerp, zijn alom aanwezig in commerci毛le chemische processen, zoals de verwerking van fossiele materialen tot chemicali毛n, brandstoffen en kunststoffen.

Kosinov legt uit: 鈥淒e bestaande katalytische materialen en processen zijn sterk geoptimaliseerd voor fossiele grondstoffen. Maar om over te stappen op duurzame koolstofbronnen zoals biomassa en CO₂, hebben we nieuwe katalysatoren nodig.鈥�

Het gedrag van de katalysator veranderen met compressie

Kosinov: 鈥淓ffici毛nte katalytische materialen zijn essentieel voor de duurzame energietransitie. We kunnen veel leren van de natuur om dergelijke materialen te ontwerpen. Daar zien we dat bio-katalysatorenzymen reacties kunnen uitvoeren die voor chemici nog vrijwel onmogelijk te na te maken zijn.鈥�

鈥淓nzymen werken door reactanten en overgangstoestanden tijdens de reactie dynamisch te beperken met hoge geometrische en chemische precisie.鈥�

鈥淢omenteel kunnen we deze kwaliteiten slechts gedeeltelijk nabootsen met anorganische katalysatoren, maar ik wil die kloof overbruggen met mijn onderzoek.鈥�

鈥淚k ga zachte en flexibele op koolstof gebaseerde nanoporeuze katalysatoren onderzoeken, waarvan we de pori毛ngrootte kunnen controleren door ze simpelweg samen te drukken. Onze voorstudies laten al zien dat we de katalytische reacties die in deze katalysatoren plaatsvinden kunnen be茂nvloeden, door hun poriegrootte af te stemmen.鈥�

鈥淢asterstudent Ronald Smits, die met mij samenwerkte aan die eerste onderzoeken, blijft aan als promovendus voor het vervolgonderzoek. Daarnaast verwacht ik dat er in het voorjaar nieuwe onderzoekers bij ons komen voor ons experimentele onderzoeksprogramma.鈥�

鈥淚k ben benieuwd wat we van deze materialen kunnen leren en hoe we de inzichten kunnen gebruiken om de chemische verwerking in de toekomst te verbeteren.鈥�