Nanoparticles in aqueous environment: electrochemical, nanogravimetric, STM and AFM studies

Datum početka projekta
15.06.2010.
Datum kraja projekta
15.06.2012.
Status
Završen
Kategorija projekta
Projekti Fonda "jedinstvo uz pomoć znanja"
Ugovoreni iznos financiranja
1 189 000,00 Kn HRK

S obzirom na sve veću proizvodnju nanočestica i nanomaterijala, te na potencijalni rizik koji proizvedene kao i prirode nanočestice mogu imati na prirodni ekosustav, potrebno je razviti odgovarajuće metode kojima bi se pratili prostorni i vremenski trendovi u koncentraciji te veličini nanočestica, sadražaju metala te njihovoj interakciji u različitom uvjetima u prirodnom okolišu.  U okviru ovog projekta u suradnji sa Sveučilištem u Mexico City (Mexico) i Eötvös Loránd Sveučilištem u Budimpešti (Mađarska) provodilo se elektrokemijsko i piezo-nanogravimetrijsko istraživanje nanočestica metala, metalnih oksida i metalnih sulfida u kombinaciji sa „state of the art“  tehnikama poput mikroskopije atomskih sila (AFM), „scaning tunneling mikroskopije“ (STM i in-situ STM), raman spektroskopije, „scanning electron mikroskopije“ (SEM) te metode dinamičkog zakretanja svjetlosti (DLS). Elektrokemija kao jedna od jeftinijih i jednostavnijih analitičkih tehnika koja omogućava vrlo brzu analizu s relativno velikom selektivnošću i osjetljivosti pokazala se kao dobra alternativna analitička tehnika za karakterizaciju i kvantifikaciju posebno nanočestica metalnih sulfida. Voltametrija u kombinaciji s elektrokemijskim nanogravimetrijskim mjerenjima (EQCM), amperometrijom te AFM i STM na različitim površinama elektroda (Hg,Au) dala je uvid u osnovne procese vezanja, adsorpcije, depozicije te interakcije između različitih nanočestica i elektrodnih površina. Mehanizmi deponiranja i adsorpcije nanočestica na elektrodi pratili su se u različitim kemijskim uvjetima (ionska jakost, sastav elektrolita, pH, valencija iona) ovisno o naboju i veličini čestica  te primjenjenom potencijalu depozicije. Glavni cilj bio je poboljšanje postojećih i razvoj novih analitičkih tehnika za brzu, selektivnu kvalitativnu i kvantitativnu karakterizaciju i analizu nanočestica u prirodnim vodama.

Postignuti rezultati ukazuju na veliki potencijal primjene elektrokemijske analize te AFM i STMa u karakterizaciji i detekciji različitih nanočestica posebno metalnih sulfida s obzirom na njihovu veličinu i koncentraciju/broj. Preliminarna istraživanja amperometrijskih signala nano- i mikročestica FeSa pokazala su se obećavajuća glede ispitivanja prisutnosti nanočestica metala, metalnih oksida i sulfida u različitim prirodnim sredinama. Rezultati dobiveni AFMom i STMom potvrđuju prisutnost nanočestica koje su pretpostavljene i detektirane elektrokemijskim metodama, što ukazuje na veliku kompatibilnost i komplementarnost primjenjenih metoda te njihov zajednički potencijal u detekciji i karakterizaciji nanočestica u prirodnim vodama. U odnosu na ostale tehnike koje su također testirane za analizu nanočestica poput SEM, TEM, Raman spektroskopije te se pokazale vise indirektne i neadveakatne, elektrokemija u kombinaciji s AFM i STM ima sigurnu budućnost u analizi nanočestica u okolišu.

Metode koje su se koristile u laboratoriju, testirale su se i na prirodnim uzorcima: 1) uzorci Sjevernog Jadrana kao izvora prirodnih koloida i nanočestica proizvedenih tijekom fitoplanktonskog cvata i sporadične pojave mukoznih nakupina; 2) hipoksično/anoksični uzorci Rogozničkog jezera obogaćeni nanočesticama FeS; 3) industrijske otpadne vode uključujući morske marine kao izvor proizvedenih nanočestica; 4) oborine (kiša, aerosol) kao izvori prirodnih i proizvedenih nanočestica.

U isto vrijeme projekt je imao za cilj jačanje istraživačkih kapaciteta na  morskoj postaji IRB Martinska kod Šibenika, s obzirom da se tamo odvijao veliki dio elektrokemijskih istraživanja za koja je kupljena i nova elektrokemijska oprema novcem iz ovog projekta. U morsku postaju Martinska u vidu analitičke i tehničke opreme uloženo je oko 350 000 Kn. Vezano za navedeni projekt na morskoj postaji Martinska od studenog 2010. zaposlena je i znanstvena novakinja Marija Marguš iz Šibenika koja uz neposredno vodstvo dr. Elvire Bure-Nakić te mentorstvo dr. Irene Ciglenečki-Jušić i dr. Nikole Batina radi na doktorskoj disertaciji čija je tematika direktno vezana za problematiku i ciljeve UKFovog projekta.

Znanstvena novakinja je u okviru projekta boravila tri mjeseca na Sveučilištu u Mexicu u laboratoriju dr. Nikole Batine gdje je stekla osnovna znanja iz elektrokemije na krutim elektrodama te AFM i STM mikroskopije. Dr.Nikola Batina je u okviru projekta proveo 2 mjeseca na IRBu te morskoj postaji Martinska u Šibeniku tijekom 2010. i 2012.godine.

Ovaj multidisciplinarni projekt s međunarodnim karakterom je baza i potencijal (odskočna daska) za buduća kompetativna istraživanja hrvatskih znanstvenika u području nanoznanosti i nanotehnologije kako na nacionalnom, tako i na EU i svjetskom nivou u okviru različitih znanstveno-istraživačkih programa poput FP7/8, UNESCO, NATO itd.

 

Rezultati projekta:

Objavljeni radovi:

  1. E. Bura-Nakić, D. Krznarić, G.R. Helz, I. Ciglenečki: Characterization of iron sulfide species in model solutions by cyclic voltammetry.  Revisiting an old problem), Electroanalysis,2011, 23(6), 13762.
  2. G.R. Helz, E. Bura-Nakić, N. Mikac, I. Ciglenečki: New model for molybdenum behavior in euxinic basins, Chemical Geology, 284 (2011) 323.
  3. G. R. Helz, I. Ciglenečki, D. Krznarić, E. Bura-Nakić. Voltammetry of Sulfide Nanoparticles and the FeS(aq) Problem // Aquatic Redox Chemistry / Paul G. Tratnyek, Timothy J. Grundl, Stefan B. Haderlein (ur.). Washington, DC : American Chemical Society, 2011. Str. 265-282.
  4. I. Ciglenečki, E. Bura-Nakić, M. Marguš, Zinc sulfide surface formation on Hg electrode during cyclic voltammetric scan: an implication for previous and future research studies on metal sulfide systems, J. Solid State Electrochemistry (2012), DOI: 10.1007/s10008-011-1612-4.

Radovi u pripremi:

  1. E. Bura-Nakić, I.Ciglenečki, E. Viollier: Vertical distribution of FeS species in anoxic water column of Pavin lake, France: electrochemical evidence for nanoparticulate FeS, under Review for Environ.Sci-Technol.
  2. M.Marguš, N.Batina, I.Ciglenečki, Electrochemical study of FeS nanoparticles in NaCl solution by voltammetry  and in-situ EC-STM, Langmuir submitted.

Sudjelovanja na konferencijama:

  1. M. Marguš, I. Ciglenečki, E. Bura-Nakić, I. Milanović, N. Batina, A. Avalos-Perez, D. Krznarić: Nanočestice u vodenom okolišu: elektrokemijska, nanogravimetrijska, STM i AFM istraživanja, proslava obljetnice 30 g. morske postaje IRBa Martinska kod Šibenika, Šibenik 11.05.2011., poster.
  2. Ciglenečki I.: Od elektrokemije sumpora do UKFovog projekta o nanočesticama u vodenom okolišu, proslava obljetnice 30 g. morske postaje IRBa Martinska kod Šibenika, Šibenik 11.05.2011.,oral presentation.
  3. I. Ciglenečki, E. Bura-Nakić ,M.Marguš, I.Milanović, N.Batina. A.Avalos-Perez, D.Krznarić,  Goldschmidt2011 abstract: Mineralogical Magazine, Vol. 75 (3), 2011, 677.,oral.
  4. E. Bura-Nakić, I.Ciglenečki, E. Viollier: Vertical distribution of Fe and S species in anoxic water column of Pavin Lake (France);electrochemical evidence for nanoparticulate FeS Mineralogical Magazine, Vol. 75 (3), 2011, 597.,poster.
  5. M.Marguš, I.Milanović: Razvoj metode za detekciju nanočestica u prirodnim vodama: elektrokemija, nanogravimetrija, DLS, STM i AFM istraživanja, poster prezentacija IRB znanstveni susreti III vrste, srpanj 2011., poster.
  6. I. Ciglenečki , E. Bura-Nakić ,M.Marguš, I.Milanović, N.Batina. A.Avalos-Perez, D.Krznarić: „Electrochemical, nanogravimetric, STM, AFM and DLS studies of nanoparticles in aqueous environment“, ASC meting San Diego, March 2012, oral presentation.
  7. E. Bura-Nakić, M. Marguš, I.Milanović, I. Ciglenečki, Amperometric and voltammetric study of FeS nanoparticles, ISE Regional meeting on Electrochemistry, Buckarest May 2012, oral presentation.
  8. Marija Marguš, N. Batina, E. Bura-Nakić ,I. Ciglenečki, Electrochemical and STM studies of FeS nanoparticles in NaCl model solutions, ISE Regional meeting on Electrochemistry, Buckarest May 2012, oral presentation.
  9. M.Marguš, E.Bura-Nakić, I.Ciglenečki, I.Morales Reyes, N. Batina, Nove metode u istraživanju nanočestica u modelnim otopinama, 3.Dan Elektrokemije, IRB, 26.travanj 2012.,oral.
  10. Ivana Milanović, Damir Krznarić, Maja Dutour Sikirić, Irena Ciglenečki, Karakterizacija nanočestica metalnih sulfida u vodenom sustavu kombinacijom voltametrije i metode dinamičkog raspršenja svjetlosti (DLS), 3.Dan Elektrokemije, IRB, 26. travanj 2012., oral.
  11. Elvira Bura-Nakić, Marija Marguš, Irena Ciglenečki, Amperometrijski signali nano- i mikro- FeS čestica na Hg elektrodi, 3.Dan Elektrokemije, IRB, 26.travanj 2012., poster. 
Glavni istraživač / voditelj

Ostali suradnici

Voditelj projekta na suradnoj ustanovi:

 

Prof. Dr. Nikola Batina
nikolabatina@ego.net.mx
+52 55 8502 4568

 

Suradne ustanove:
1. Departamento de Química, CBI, UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA – IZTAPALAPA (UAM-I), MEXICO
2. Eötvös Loránd University, Institute of Chemistry, Budapest,Hungary

 

Istraživači na suradnoj ustanovi: Dr. Michel Picquart, Prof. Dr. Gyorgy Inzelt

 

Istraživači na IRB: Dr. Damir Krznarić, Dr. Elvira Bura-Nakić, dipl inž. Marija Marguš, dipl.inž. Ivana Milanović

 

Dr. Damir Krznaric

Dr. Damir Krznarić

Associates_IRB

dipl.inž. Ivana Milanović, Dr. Elvira Bura-Nakić,
Dr. Irena Cglenečki-Jušić i dipl inž. Marija Marguš

27
Tra

Sjednica Znanstvenog vijeća struke - biomedicina

Lokacija: Predavaonica I krilo
Datum: 27.04.2017. Vrijeme: 10:00

Ustanova: Institut Ruđer Bošković

27
Tra

Svečano potpisivanje Ugovora

Lokacija: Predavaonica III krilo
Datum: 27.04.2017. Vrijeme: 11:30
27
Tra

KEKS

Lokacija: Knjižnica V krilo, računalna predavaonica
Datum: 27.04.2017. Vrijeme: 13:00

Predavač: dr. sc. Bojan Macan
Ustanova: Institut Ruđer Bošković
Zavod: Centar za znanstvene informacije

Otvoreni pristup, autorskopravna pitanja i (ne)opravdani strah od komercijalnih izdavača (2)

Sva događanja