Nanorestrangere pentru Stocarea Energiei In Cadre Metal-Organice


Project Director: Dr. Cezar COMANESCU

Cod Proiect: PN-III-P1-1.1-TE-2021-1657 (TE 84 / 2022)

Titlu Proiect: Nanorestrangere pentru Stocarea Energiei In Cadre Metal-Organice

Director de Proiect: Dr. Cezar Comanescu

Tipul Proiectului: National

Programul de incadrare al Proiectului: Proiecte de cercetare pentru stimularea tinerelor echipe independente (TE)

Finantat de (Finantator): Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI

Contractor: Institutul National de Cercetare Dezvoltare  pentru Fizica Materialelor

Status: In desfasurare

Data Inceperii: 15.05.2022

Data Finalizarii: 14.05.2024


REZUMAT: In acest proiect, ne propunem sa dezvoltam compuși metal-organici (MOF-uri) cu porozitate ridicata, pentru folosirea drept suporți pentru borohidruri metalice complexe (M(BH4)2, M=Mg, Ca, Zn etc.), ducând la nanocompozite noi cu formula generala M(BH4)x@MOF-NH2. Proprietățile de stocare vor fi îmbunătățite prin funcționalizarea MOF-urilor sintetizate si/sau decorarea acestora cu catalizatori (Pd2+ s.a.). Nanoconfinarea borohidrurilor in porii MOF-urilor va modifica cinetica si termodinamica stocării hidrogenului. Este de așteptat ca eliberarea hidrogenului sa înceapă (onset) înainte de 100 °C, iar rehidrogenarea sa fie mai rapida. Procentul maxim de H2 stocat al compozitelor M(BH4)x@MOF-NH2 va fi determinat prin măsurători in aparat volumetric de tip Sievert, si se anticipează sa fie apropiat de valoarea stabilita de DOE de 4.5 % masic (reversibil).

OBIECTIVE: Proiectul vizează conceperea unui material compozit care sa îndeplinească cerințele DOE pentru o stocare de energie viabilă și de ultimă generație. Scopul acestui proiect este de a sintetiza, caracteriza și evalua capacitatea absorbției de hidrogen a unei serii de borohidruri metalice complexe nanoconfinate în cadre metal-organice (MOF-uri) cu arhitectura, structura de pori si funcționalizare ajustabile.

REZULTATE ESTIMATE: Atingerea obiectivelor propuse are în vedere două etape principale: (i) cercetare fundamentală legată de sinteza MOF, MOF-NH2 și M(BH4)2 și caracterizarea hibridului M(BH4)2@MOF-NH2 obținut prin nanoconfinarea borohidrurii; (ii) ilustrarea conceptul FLP (Frustrated Lewis Pair) care va fi formulat și introdus în contextual materialului M(BH4)2@MOF-NH2. Aceste rezultate ar putea fi optimizate și demonstrate în continuare la o scală de laborator (sub-gram). Principalele rezultate ale proiectului sunt: (i) publicarea a 2 articole în reviste de top ISI (IF>3); (ii) cel puțin 3 prezentări la conferințe internaționale; (iii) 1 cerere de brevet înregistrată la OSIM; (iv) fezabilitatea compozitului M(BH4)x@MOF-NH2 va fi demonstrată la scală de laborator.

  1. Cezar Comanescu, Dr.; Director proiect; UEFISCDI ID (UEF-iD): U-1700-031X-8033. https://www.brainmap.ro/cezar-comanescu.
  2. Simona-Gabriela Greculeasa, Dr.;  UEFISCDI ID (UEF-iD): U-1700-039S-4308; https://www.brainmap.ro/simona-gabriela-greculeasa.
  3. Claudiu Locovei, Drd.; UEFISCDI ID (UEF-iD):U-1900-061W-8993; https://www.brainmap.ro/claudiu-locovei.
  4. Anda Elena Stanciu, Dr.; UEFISCDI ID (UEF-iD):U-1800-046A-7559; https://www.brainmap.ro/anda-elena-stanciu.
  5. Ioana Dorina Vlaicu, Dr.; UEFISCDI ID (UEF-iD):U-1700-037A-2366; https://www.brainmap.ro/ioana-dorina-vlaicu.

Patent application, May 2024 :

Procedeu de obținere a unor nanocompozite de tip hidrura complexa metalica si compuși cadre metal-organice si tipuri de sisteme obținute, Comanescu Cezar, Greculeasa Simona-Gabriela, Stanciu Anda, Vlaicu Ioana Dorina, Locovei Claudiu-Iulian, depus OSIM mai 2024.

 

15 October 2023

Comanescu, C., Recent Advances in Surface Functionalization of Magnetic Nanoparticles. Coatings2023, 13, 1772. https://doi.org/10.3390/coatings13101772  (IF=3.4; AIS=0.439)

 

27 May 2023

Graphene Supports for Metal Hydride and Energy Storage Applications. Comanescu, C., Crystals 2023, 13, 878. https://doi.org/10.3390/cryst13060878 (IF=2.7; AIS=0.424)

 

5 June 2023

Calcium Borohydride Ca(BH4)2: Fundamentals, Prediction and Probing for High-Capacity Energy Storage Applications, Organic Synthesis and Catalysis. Comanescu, C., Energies2023, 16, 4536. https://doi.org/10.3390/en16114536 (IF=3.2; AIS=0.439)

 

2 Ianuarie 2023: Prima lucrare pe anul 2023 tocmai s-a publicat:

Palade P.;Comanescu, C.; Radu, C. Nickel and Cobalt ferrite – doped graphene as efficient catalysts for improving the hydrogen storage kinetics of lithium borohydride,  Materials 2023, 16(1), 427; https://doi.org/10.3390/ma16010427. (IF=3.748, AIS=0.541)

 

Ianuarie 2023

Comanescu, C. Paving the Way to the Fuel of the Future - Nanostructured Complex Hydrides,  Int. J. Mol. Sci.2023, 24(1), 143; https://doi.org/10.3390/ijms24010143. (IF=6.208, AIS=1.064)

 

27 Mai 2023:

Comanescu, C.  Graphene Supports for Metal Hydride and Energy Storage Applications. Crystals 2023, 13, 878. https://doi.org/10.3390/cryst13060878 (IF=2.7; AIS=0.424)

 

5 Iunie 2023:

Comanescu, C. Calcium Borohydride Ca(BH4)2: Fundamentals, Prediction and Probing for High-Capacity Energy Storage Applications, Organic Synthesis and Catalysis. Energies 2023, 16, 4536. https://doi.org/10.3390/en16114536 (IF=3.2; AIS=0.439)

 

15 Octombrie 2023

Comanescu, C. Recent Advances in Surface Functionalization of Magnetic Nanoparticles. Coatings 2023, 13, 1772. https://doi.org/10.3390/coatings13101772  (IF=4.4; AIS=0.439)

Rezultate 

Rezultate (Etapa 1)

In cadrul Etapei 1 (Cercetare fundamentală a borohidrurilor metalice in MOF-uri), s-a obtinut o serie de peste 10 MOF-uri din liganzi dicarboxilici si diferite saruri metalice (ale Cr, Fe, Co, Mn, Ni etc) (Activitate 1.1). S-au efectuat studii preliminare referitoare la modalitatile optime de infiltrare a borohidrurilor metalice complexe in MOF-uri si s-a ales impregnarea din topitura intr-un proces de doi pasi pentru confinare maxima in pori folosind drept exemplu un amestec eutectic LiBH4–Ca(BH4)2 in Cr-MOF) (Activitatea 1.2.; Activitatea 1.3.). S-au studiat morfologic si structural MOF-urile sintetizate si nanocompozitele de tip LiBH4-Ca(BH4)2@Cr-MOF (Activitatile 1.1, 1.2 si 1.3). S-au efectuat studii preliminare referitoare la stocarea H2 in nanocompozitele M(BH4)x@M-MOF sintetizate anterior, si s-a obtinut o capacitate de stocare a H2 de  4.0 wt% (primul ciclu de desorbtie) si ~2.5 wt% (in cadrul celui de-al doilea ciclu desorbtie) in cazul particular al compozitului LiBH4-Ca(BH4)2@Cr-MOF. Se vor sintetiza noi compusi de tip MOF, inclusiv continand functionalitati organice (tip amino, de ex.) care vor fi investigate in procesele de desorbtie/absorbtie a H2 in compozitele borohidrura @ MOF, inclusiv din punct de vedere al identificarii potentialilor produsi activi generati in ciclarea materialului la hidrogenare.

 

Rezultate (Etapa 2)

În cadrul Etapei 2 (Formularea conceptului FLP și aplicabilitatea sa tehnologică), rezultatele anticipate au fost 1 raport de cercetare științifică; 1 articol ISI în reviste cu IF>3; crearea și gestionarea site-ului web al proiectului și diseminarea prin intermediul rețelelor sociale; participarea la o conferinta nationala/internationala. Pe scurt, a fost propus un model optim pentru compozitele M(BH4)2 – MOF, urmat de sinteza optimizată a compozitelor M(BH4)2 – MOF. Compozitele metalo-organice M(BH4)x-MOF au fost produse prin umiditate incipientă, infiltrare în topitură și/sau mecano-chimie (frezare într-o moară cu bile), iar încărcarea masica a borohidrurii M(BH4)x a fost optimizată, de asemenea si parametrii de reacție (T, p). Proprietățile de hidrogenare ale respectivelor compozite M(BH4)2 – MOF au fost măsurate într-un aparat de tip Sievert pentru stabilirea unor compozite optimizate din punct de vedere al stocarii hidrogenului.

 

Rezultate (Etapa 3)

In cadrul Etapei III, s-au efectuat teste de încărcare cu hidrura complexa (borohidruri LiBH4, Ca(BH4)2 sau eutectic LiBH4+Ca(BH4)2) sau RHC (2LiNH2+MgH2) in porozitatea nanosuportilor de tip MOF si MOF-NH2, utilizând grade de încărcare cuprinse intre 40 si 80 wt% (procente masice de compus hidridic reactiv). S-a încercat si obținerea unor compozite catalizate suplimentar, in acest caz utilizându-se compuși oxidici micști de tip hexaferită SrFe12O19. Compușii de tip ferita pot cataliza o descompunere mai rapida a amestecului  de borohidruri, eliberând H2 concomitent cu formarea boraților corespunzători. S-a efectual scalarea cantitatii de compozit stocator utilizat la 250 mg, cu rezultate comparabile situatiei in care s-au utilizat 100 mg nanocompozit. S-au obtinut doua tipuri de materiale de tip hidrura@MOF, cu capacitate de stocare reversibila de 3 wt%, respectiv 4.2 wt%, rezultate care au facut obiectul unui brevet depus la OSIM.

 

Indicatori rezultate

Referitor la îndeplinirea indicatorilor, se remarca publicarea a 8 articole publicate, care menționează mulțumiri programului TE 84, la care directorul de proiect este autor principal (prim autor / autor correspondent)

Acestea sunt publicate (8) in reviste cu renume, multe având IF>3.0 si sunt toate indexate ISI, oferind posibilitatea lecturarii gratuite (gold open access).

In ceeace privește participarea la conferințe, C.C. a participat ca autor principal la 7 conferințe internaționale in 2022-2023, acestea aducând mulțumiri proiectului TE 84. Detalii privind lucrările si proiectele sunt disponibile in cadrul interfeței de administrare a proiectului, cat si pe conturile profesionale ale C.C

Pagina WEB: [RO] https://infim.ro/project/nanorestrangere-pentru-stocarea-energiei-in-cadre-metal-organice/

[EN]  https://infim.ro/en/project/nanoconfinement-for-energy-storage-in-metal-organic-frameworks/

 

Articole:

  1. Complex Metal Borohydrides: from Laboratory Oddities to Prime Candidates in Energy Storage Applications, Comanescu, C. Materials 2022, 15(6), 2286. https://doi.org/10.3390/ma15062286 (IF=3.748, AIS=0.541)
  2. Recent Development in Nanoconfined Hydrides for Energy Storage, Comanescu, C. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(13), 7111; https://doi.org/10.3390/ijms23137111 (IF=6.208, AIS=1.064)
  3. Magnetic Nanoparticles: Current Advances in Nanomedicine, Drug Delivery and MRI. Comanescu, C., Chemistry 2022, 4, 872-930. https://doi.org/10.3390/chemistry4030063 (AIS=0.303)
  4. Paving the Way to the Fuel of the Future - Nanostructured Complex Hydrides, Comanescu, C. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(1), 143; https://doi.org/10.3390/ijms24010143. (IF=6.208, AIS=1.064)
  5. Nickel and Cobalt ferrite – doped graphene as efficient catalysts for improving the hydrogen storage kinetics of lithium borohydride, Palade P.; Comanescu, C.*; Radu, C. Materials 2023, 16(1), 427; https://doi.org/10.3390/ma16010427. (IF=3.748, AIS=0.541)
  6. Comanescu, C. Recent Advances in Surface Functionalization of Magnetic Nanoparticles. Coatings 2023, 13, 1772. https://doi.org/10.3390/coatings13101772  (IF=4.4; AIS=0.439)
  7. Comanescu, C. Calcium Borohydride Ca(BH4)2: Fundamentals, Prediction and Probing for High-Capacity Energy Storage Applications, Organic Synthesis and Catalysis. Energies 2023, 16, 4536. https://doi.org/10.3390/en16114536 (IF=3.2; AIS=0.439)
  8. Comanescu, C.  Graphene Supports for Metal Hydride and Energy Storage Applications. Crystals 2023, 13, 878. https://doi.org/10.3390/cryst13060878 (IF=2.7; AIS=0.424)

 

Conferinte:

  1. Cezar Comanescu, Petru Palade, Nicusor Iacob, Gabriel Schinteie, Victor Kuncser. Exploring the journey of ferrites from biomedical to energy storage applications, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering (RICCCE 2022), 7-9 September 2022, Sinaia, Romania
  2. Cezar COMANESCU, Petru PALADE, Nicusor IACOB, Victor KUNCSER. Transition metal ferrites – efficient tools for energy storage, environment remediation and biomedical applications. 5th International Conference on Emerging Technologies in Materials Engineering (EmergeMAT), 27-28 October 2022, Bucharest, Romania
  3. Cezar COMANESCU, Petru PALADE, Victor KUNCSER. Versatility of iron oxides and ferrites: from biomedical applications to hydrogen storage hosts and catalysts. 20th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP 2022), 12-15 July 2022, Constanta, Romania
  4. Cezar COMANESCU, Petru PALADE, Gabriel SCHINTEIE, Nicusor IACOB, Andrei KUNCSER, Victor KUNCSER, Functionalized MOFs for energy storage and environment remediation, 21st International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP 2023), 11-14 July 2023. (oral presentation)
  5. Cezar COMANESCU, P. Palade, N. IACOB, G. SCHINTEIE, V. KUNCSER Transformative prospects of metal-organic framework (MOF)-based nanomaterials for advanced energy storage applications, 6th INTERNATIONAL CONFERENCE PROGRAMME Emerging Technologies in Materials Engineering – EmergeMAT, 9-10 Nov. 2023, Bucharest, Romania)
  6. Cezar COMANESCU, Petru PALADE, Nicusor IACOB, Andrei KUNCSER, Gabriel SCHINTEIE, Victor KUNCSER, Development of novel catalysts for enhanced hydrogen storage properties of complex hydrides, 8th International Workshop of Materials Physics IWMP - Advanced Materials and Methods for Heterogeneous Catalysis, 17-19 May 2023, Magurele, Romania.
  7. Cristina Bartha, Cezar Comanescu, Mihai Grigoroscuta, Claudiu Locovei, Andrei Alexandru-Dinu, Nicusor Iacob, Aurel Leca, Petre Badica, Victor Kuncser, Structural, Mössbauer spectroscopy and magnetic investigatins of Gd3Fe5O12 garnets obtained by different routes, 37th International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect, ICAME 2023, will be held in Cartagena de Indias, Colombia, from September 3 to 8 in 2023.

Brevet:

  1. Procedeu de obținere a unor nanocompozite de tip hidrura complexa metalica si compuși cadre metal-organice si tipuri de sisteme obținute, Comanescu Cezar, Greculeasa Simona-Gabriela, Stanciu Anda, Vlaicu Ioana Dorina, Locovei Claudiu-Iulian, depus OSIM mai 2024.
  1. Complex Metal Borohydrides: from Laboratory Oddities to Prime Candidates in Energy Storage Applications, Comanescu, Materials 2022, 15(6), 2286. https://doi.org/10.3390/ma15062286 (IF=3.748, AIS=0.541)
  2. Recent Development in Nanoconfined Hydrides for Energy Storage, Comanescu, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, x. https://doi.org/10.3390/ijms23137111 (IF=6.208, AIS=1.064)
  3. Magnetic Nanoparticles: Current Advances in Nanomedicine, Drug Delivery and MRI. Comanescu, C., Chemistry2022, 4, 872-930. https://doi.org/10.3390/chemistry4030063 (AIS=0.303)
  4. Paving the Way to the Fuel of the Future - Nanostructured Complex Hydrides, Comanescu, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(1), 143; https://doi.org/10.3390/ijms24010143 (IF=6.208, AIS=1.064)
  5. Nickel and Cobalt ferrite – doped graphene as efficient catalysts for improving the hydrogen storage kinetics of lithium borohydride, Comanescu, C.; Palade P.; Radu, C. Materials 2023, 16(1), 427; https://doi.org/10.3390/ma16010427. (IF=3.748, AIS=0.541)
  6. Comanescu, C. Recent Advances in Surface Functionalization of Magnetic Nanoparticles. Coatings 2023, 13, 1772. https://doi.org/10.3390/coatings13101772  (IF=4.4; AIS=0.439)
  7. Comanescu, C. Calcium Borohydride Ca(BH4)2: Fundamentals, Prediction and Probing for High-Capacity Energy Storage Applications, Organic Synthesis and Catalysis. Energies 2023, 16, 4536. https://doi.org/10.3390/en16114536 (IF=3.2; AIS=0.439)
  8. Comanescu, C.  Graphene Supports for Metal Hydride and Energy Storage Applications. Crystals 2023, 13, 878. https://doi.org/10.3390/cryst13060878 (IF=2.7; AIS=0.424).

cezar.comanescu@infim.ro

PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE

Back to top

Copyright © 2024 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved