NAZIV PROJEKTA: Istraživanje složenih multiferoičnih materijala pripravljenih metodama otopinske kemije 

TRAJANJE PROJEKTA: 48 mjeseci (01.03.2017. – 28.02.2021.)

Oznaka projekta: HRZZ-IP-2016-06-3115

Skraćeni naziv: SOLFERROMAT

Iznos financiranja: 978.000,00 kn (131.805,00 €)

Voditelj projekta: izv. prof. dr. sc. Igor Đerđ (https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=225002 )

Suradnici na projektu:

1. prof. dr. sc. Zvonko Jagličić

Institute of Mathematics, Physics and Mechanics, University of Ljubljana

http://izumbib.izum.si/bibliografije/Y20190306103247-11892.html

2. izv. prof. dr. sc. Berislav Marković

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=116951

3. izv. prof. dr. sc. Dajana Gašo-Sokač

Prehrambeno-tehnološki fakultet Osijek, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=231541

4. doc. dr. sc. Elvira Kovač-Andrić

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=245614

5. doc. dr. sc. Tomislav Balić

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=297026

6. doc. dr. sc. Brunislav Matasović

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=268656

7. dr. sc. Anamarija Stanković

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=339183

8. dr. sc. Goran Štefanić

Institut Ruđer Bošković

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=227030

9. dr. sc. Mirjana Bijelić

Fizički odsjek, PMF, Sveučilište u Zagrebu

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=353726

10. Jelena Bijelić

Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku

https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=370501

Studenti:

Studenti uključeni u projekt rade znanstvena istraživanja u okviru svojih završnih i diplomskih radova, a pod mentorstvom izv. prof. dr. sc. Igora Đerđa.

  • Studenti diplomskog sveučilišnog studija za izradu diplomskih radova
    1. Filip Bolić
    2. Dominik Goman
    3. Marina Sekulić

 

  • Student preddiplomskog studija za izradu završnih radova
    1. Roberto Basara
    2. Anna-Marija Milardović
    3. Mia Samardžija
    4. Antonia Vicić

 

CILJEVI:

Glavni cilj ovoga ambicioznoga i sveobuhvatnog projekta je razvoj novih složenih multiferoičnih materijala u smislu kemijskoga sastava, topologije i kristalne strukture. Ovim projektom predlažemo nastavak istraživanja koje je zasnovano  na trenutno najsuvremenijim metodama sinteze u području spojeva perovskitnih arhitektura i daljnje istraživanje dizajniranjem novih MOF-ova upotrebom raznih još neistraženih ili barem nedovoljno istraženih strukturnih jedinica. Istraživački je plan dalje podijeljen u nekoliko glavnih koraka pri čemu svaki korak korespondira s obitelji ciljanih multiferoika bilo nekoliko grupa anorganskih kompleksnih oksida temeljenih na Te/W bilo različitim grupama multiferoičnih MOF-kandidata. Teluratni/volframatni kompleksi dizajnirat će se u skladu sa sljedećim općim kemijskim formulama:

  1. i) A2B(Te/W)O6 (A = Ba, Pb, Sr, Ca; B = Mn, Cu, Co, Ni);
  2. ii) A3B2(Te/W)O9 (A = Ba, Pb, Sr, Ca, Cd; B = Fe, Co, Ni, Cr, Mn).

Postojeći podaci o strukturnim, magnetskim i dielektričnim svojstvima ovih perovskita su rijetki te su stoga nužna daljnja detaljna istraživanja radi postizanja boljeg razumijevanja odnosa između strukture i svojstava. Perovskitni oksidi bazirani na željezu tipa A3Fe2TeO9 (A = Ba, Sr, Ca, Cd) pokazuju prilično neobična magnetska svojstva. Pokazano je da magnetske karakteristike jako koreliraju sa stupnjem kemijskog reda u B-podrešetki između paramagnetskih i dijamagnetskih kationa. Međutim, trenutno dostupni eksperimentalni podaci nisu dostatni da bi se napravila korelacija između dielektričnih/magnetskih svojstava i strukturalnog izobličenja.

Dio projekta vezan za MOF-ove realizirat će se dizajniranjem sljedećih hibrida definiranih prema strukturnim jedinicama:

  1. Troatomni ligandi poput cijanata, tiocijanata i selenocijanata (OCN, SCN, SeCN) kao i hidrogencijanamida NCNH i dicijanamida N(CN)2. Ovi troatomni mostovi, poput metanoata, pokazuju jako bogatu i različitu koordinaciju te mogućnosti premoštavanja metalnih centara, što ih čini pogodnim za izgradnju različitih zanimljivih struktura; nisu predugi za magnetsko sprezanje i omogućavaju osrednje ili jako fero- ili antiferomagnetsko međudjelovanje.
  2. Kombinacija troatomnih liganada s ligandima poput glicinata (NH3CH2COO) i propanoata (C2H5COO) koja može voditi k feroelektricitetu. Magnetsko sprezanje spinova na većoj udaljenosti, što obično znači da su uključene više od 4 jednostruke veze, može biti jako slabo. Stoga, posve očekivano, većina multiferoičnih MOF-ova koristi metanoatne ili katkad azidne ligande. Druga je mogućnost, koju i predlažemo, priprema MOF-ova kombinacijom kratkih liganada koji omogućuju magnetsku spregu s ligandima za koje se zna da mogu prozvesti polarizaciju. Nekoliko spojeva s glicinom pokazuje dobru feroelektričnost. Izvor njihove feroelektričnosti je ponajviše povezan s nerigidnošću zwitteriona glicina koji se lako transformiraju među brojnim rotacijskim konformerima zbog triju unutrašnjih rotacijskih stupnjeva slobode. Slično kao s derivatima glicina, red-nered promjene terminalnih metilnih grupa propanoata imaju ključnu ulogu u feroelektričnim faznim prijelazima.
  3. Templatni kationi bazirani na različito supstituiranim sekundarnim (R1R2NH) i tercijarnim aminima (R1R2R3N), diaminima, poliaminima i različitim cikličkim aminima. Templatna sinteza od velike je važnosti u modernoj kemiji. Dok koligandi mogu imati nekakav templatni učinak, kationi (ili anioni) mogu djelovati kao predlošci koji usmjeravaju reakciju k nastajanju antionskih (kationskih) metaloorganskih mreža specijalnih struktura i privlačnoga magnetskog ponašanja. Metil- i etil- supstituirani monoamini dosta su istraživani kod multiferoičnih MOF-ova s metanskom kiselinom, a i dalje različito supstituiranim aminima (no ne tako glomaznim kao (CH3CH2)2(CH3CH2CH2)NH+) kao i s cikličkim aminima i dalje pružaju nove mogućnosti istraživanja posebno u sprezi s ostalim troatomnim ligandima i/ili propanoatnim ili glicinatnim ligandima. Također, multiferoično ponašanje hibridnih organsko-anorganskih spojeva tipa [aminH+]2MIIX4 ili [aminH+]MIIIX4 obično se istražuju korištenjem jednostavnih monoamina dok su ostale mogućnosti rijetko istraživane.
  4. Prijelazni metalni centri poput V2+ i Cr2+ osjetljivi na zrak i 4d/5d prijelazni metali. Manje ili više svi dosad poznati multiferoični MOF-ovi sadrže 3d prijelazne metale dok je istraživanje 4d/5d metala znatno manje razvijeno.
  5. Razrijeđeni magnetski sustavi. Dok je većina razrijeđenih magnetskih sustava koja se dosad istraživala čisto anorganska (npr. oksidi, fluoridi, hidroksidi ili poluvodiči i metalne i intermetalne faze), istraživanje na molekularnim sustavima dosta je ograničeno mada je poznato da takvi sustavi, u kojima su magnetične komponente zamijenjene ili razrijeđene nemagnetičnima, postupno prekidaju sprezanje ili međudjelovanje između magnetskih mjesta vodeći k promjeni i razvoju magnetskih struktura i svojstava. Postoji svega nekoliko radova o razrijeđenim multiferoičnim MOF-ovima i to su: [CH3NH3][MnxZn1-x(HCOO)3], [NH2(CH3)2] [FeIIIMII(HCOO)6] (M = Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn) [NH4][MxZn1-x(HCOO)3] (M=Mn, Fe, Co). Uistinu, nakon razređenja cinka [NH4][MnxZn1-x(HCOO)3] pokazuje sustavno smanjenje temperature pri faznim prijelazima od para- prema feroelektričnim fazama.

Uz nove MOF-ove, posebna će pažnja u ovom projektu biti posvećena dizajniranju novih organsko-anorganskih hibrida unutar obitelji [aminH+]2MIIX4 i [aminH+]MIIIX4 gdje je M=3d/4d, a X = Cl, Br, I. Kako je nađeno u literaturi, ova klasa materijala predstavlja potencijalno vrlo privlačnu platformu za zanimljivo električko i magnetsko ponašanje. Novi hibridni materijali stvarat će se korištenjem različitih organskih kationa i razrijeđenih metalnih centara koji će se, nadajmo se, tijekom naših istraživanja MOF-ova, pokazati dobrim izborom za laku manipulaciju rezultirajućih struktura i njihovih magnetskih i električnih ponašanja.

Zaključno, glavni cilj predloženog projekta je istraživanje novih multiferoičnih materijala unutar metaloorganskih mreža te organsko-anorganskih hibrida. Nasuprot čisto anorganskih multiferoika, naši će materijali pokazati nova svojstva koja će ovisiti o prirodi metalnih centara, organskih kationa i prikladnih liganada. Planiramo ne samo proizvesti nove materijale nego i primijeniti različite analitičke tehnike radi utvrđivanja njihovih struktura i razumijevanja odnosa struktura i svojstava. Pored proširenja općeg znanja čovječanstva, ova bi istraživanja trebala pozitivno utjecati na racionalnije planiranje novih struktura/sustava u praktičnoj primjeni. Radi učinkovita razvoja fundamentalne znanosti i tehnologije u području novih magnetoelektrika privlačnih funkcionalnosti, međudjelovanja između električne polarizacije i spontane magnetizacije su ključna. No, usprkos svim dosašnjim nastojanjima tijekom prošle dekade, naše znanje o osnovama magnetoelektrike i dalje su ograničena. Nitko ne može sa sigurnošću pretpostaviti koji će materijal imati magnetoelektrična svojstva samo na osnovi teoretskih predviđanja ili, još važnije, podesiti njihova fizikalno-kemijska svojstva po želji bez skupe metode pokušaja i pogrešaka. Stoga su empirijska istraživanja važna i široko primjenjiva u potrazi za novim naprednim materijalima. Znanstveno istraživanje usmjereno k razvoju i ugađanju empirijskih pravila baziranih na kristalokemijskom pristupu stoga su vrlo važna.

 

DISEMINACIJA: Više informacija na https://bib.irb.hr/lista-radova?sif_proj=HRZZ-IP-2016-06-3115&period=2007

Objavljeni CC radovi

  1. Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Matasović, Brunislav; Marković, Berislav; Bijelić, Mirjana; Skoko, Željko; Popović, Jasminka; Štefanić, Goran; Jagličić, Zvonko; Zellmer, Sabrina; Preller, Tobias; Garnweitner, Georg; Đorđević, Tamara; Cop, Pascal; Smarsly, Bernd; Djerdj, Igor.
    Structural characterization and magnetic property determination of nanocrystalline Ba3Fe2WO9 and Sr3Fe2WO9 perovskites prepared by a modified aqueous sol–gel route. // Crystengcomm21(2019) ; 218227 (članak, znanstveni).

DOI: 10.1039/c8ce01483c

URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ce/c8ce01483c

Kongresno priopćenje (sažeci) u ostalim časopisima

  1. Djerdj, Igor; Marković, Berislav; Bijelić, Jelena; Filipović, Nikolina; Matasović, Brunislav; Kovač-Andrić, Elvira; Popović, Jasminka; Skoko, Željko; Jagličić, Zvonko; Pajić, Damir; Mal, Suraj; Weller, Tobias; Marschall, Roland; Voepel, Pascal; Suchomski, Christian; Smarsly, Bernd. Aqueous sol-gel route toward selected quaternary metal oxides with single and double perovskite-type structure containing tellurium or tungsten. // Abstracts of papers of the American chemical society. 254 (2017); (poster, međunarodna recenzija, sažetak, znanstveni).
    poster

Sudjelovanja na konferencijama

  1. Bijelić, Jelena; Marković, Berislav; Stanković, Anamarija; Matasović, Brunislav; Kovač-Andrić, Elvira; Đorđević, Tamara; Bijelić, Mirjana; Djerdj, Igor.
    Modified Aqueous Sol-Gel Route towards Complex Metal Oxides Containing Tungsten// 24th Conference of the Serbian Crystallographic Society / Vršac, Serbia,  (poster, međunarodna recenzija, sažetak, znanstveni).
    poster
  2. Djerdj, Igor; Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Matasović, Brunislav; Marković, Berislav; Bijelić, Mirjana; Skoko, Željko; Popović, Jasminka; Štefanić, Goran; Jagličić, Zvonko; Zellmer, Sabrina; Preller, Tobias; Garnweitner, Georg. Structural characterization and magnetic properties determination of nanocrystalline Ba3Fe2WO9 and Sr3Fe2WO9 perovskites prepared by the modified aqueous sol-gel route // 7th EuCheMS Chemistry Congress / Liverpool, UK, 2018. (poster, međunarodna recenzija, sažetak, znanstveni).
    poster
  3. Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Matasović, Brunislav; Marković, Berislav; Bijelić, Mirjana; Štefanić, Goran; Skoko, Željko; Jagličić, Zvonko; Zellmer, Sabrina; Preller, Tobias; Garnweitner, Georg; Đerđ, Igor. Modified aqueous sol-gel route towards quaternary metal oxides containing tungsten // 1st Young Scientist Day – PhD Conference / Osijek, 2018. (predavanje, domaća recenzija, sažetak, znanstveni).
    predavanje
    certifikat
  4. Bolić, Filip; Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Cop, Pascal; Smarsly, Bernd; Đerđ, Igor. Solvent-free sinteza trostrukog perovskite Ca3Fe2WO9 uz pomoć planetarnog kugličnog mlina // Studentski kongres o inženjerstvu materijala – eSKIM / Zagreb, Hrvatska, 2019. (poster, međunarodna recenzija, sažetak, znanstveni).
    poster
    certifikat
  5. Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Kovač- Andrić, Elvira; Marković, Berislav; Bijelić, Mirjana; Popović, Jasminka; Skoko, Željko; Štefanić, Goran; Jagličić, Zvonko; Cop, Pascal; Smarsly, Bernd; Garnweitner, Georg; Đerđ, Igor. Investigation of nanocrystalline tungsten‐ and tellurium‐based triple perovskites// 26th Croatian Meeting of Chemists and Chemical Engineers with international participation and 4th Symposium Vladimir Prelog / Zagreb, 2019.  (poster,međunarodna recenzija,sažetak,znanstveni).
    poster 
  6. Goman, Dominik; Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Medvidović-Kosanović, Martina; Cop, Pascal; Samrsly, Bernd; Đerđ, Igor.
    The Optimization of Hydrothermal Method for the Synthesis of Triple Perovskites with a Sr3Mn2(W/Te)O9 Structure Type // 2nd Young Scientist Days / Osijek, 2019. (predavanje, domaća recenzija, sažetak, znanstveni).
    predavanje
  7. Sekulić, Marina; Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Medvidović-Kosanović, Martina; Cop, Pascal; Samrsly, Bernd; Đerđ, Igor. An Aqueous Sol-Gel Synthesis of Double and Triple Perovskites with an A2Ni(Te/W)O6 and A3Co2TeO9 Structure Type// 2nd Young Scientist Days / Osijek, 2019. (predavanje, domaća recenzija, sažetak, znanstveni).
    predavanje
  8. Bijelić, Jelena; Stanković, Anamarija; Popović, Jasminka; Bijelić, Mirjana; Skoko, Željko; Cop, Pascal; Marković, Berislav; Kukovecz, Akos; Jagličić, Zvonko; Garnweitner, Georg; Smarsly, Bernd; Djerdj, Igor.
    Investigation of nanocrystalline tungsten- and tellurium-based double and triple perovskites prepared by solution chemistry methods// Sca.Lake 3.0 Total Scattering for Nanotechnology / Como, 2019. (predavanje, međunarodna recenzija, sažetak, znanstveni). 
    predavanje

 

USAVRŠAVANJE

Stručna usavršavanja

Sudionik: Jelena Bijelić

Institucija: Institute for Physical Chemistry, Justus Liebig University of Giessen

Mjesto: Giessen, Njemačka

Period: 9 tjedana

  1. 03.2018. – 04.03.2018. (3 tjedna)
  2. 07.2018. – 17.07.2018. (2 tjedna)
  3. 11.2018. – 03.12.2018. (4 tjedna)

http://www.kemija.unios.hr/wp-content/uploads/2015/04/Bijelic-professional-training-2018-Giessen.pdf

Radionice

Sudionik: Jelena Bijelić

Naziv: Atomic Layer Deposition: Fundamentals and Applications, COST action HERALD

Mjesto: Rijeka, Hrvatska

Period: 21.09.2017.-22.09.2017.

http://www.kemija.unios.hr/wp-content/uploads/2015/04/COA-Bijelic-ALD-workshop.pdf

Sudionik: Jelena Bijelić

Naziv: 8th Szeged International Workshop on Advances in Nanoscience

Mjesto: Szeged, Mađarska

Period: 07.-10.10.2018.

http://www.kemija.unios.hr/wp-content/uploads/2015/04/COA-Bijelic-8th-SIWAN.pdf

Ljetne/zimske škole

Sudionik: Jelena Bijelić

Naziv: AIC International Crystallography School 2018: Powder Diffraction: Theory, Software and
Applications

Mjesto: Bari, Italija

Period: 29.08.-02.09.2018.

http://www.kemija.unios.hr/wp-content/uploads/2015/04/COA-Bijelic-AIC2018.pdf

Sudionik: Jelena Bijelić

Naziv: To.Sca.Lake 3.0 Total Scattering for Nanotechnology

Mjesto: Como, Italija

Period: 27.-31.05.2019.

http://www.kemija.unios.hr/wp-content/uploads/2019/06/To.Sca_.Lake-3.0-Bijelic-COA.pdf