Tom Stavert, ein gemeinsamer Ph.D. Forscher zwischen Sheffield und Strathclyde, hat einen Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht RSC-Nachhaltigkeit Erforschung, wie die Kombination von Computermodellierung mit grünen chemischen Prinzipien eine nachhaltige Herstellung ermöglichen kann.
Neuartige Forschungsmethoden, die für die Dekarbonisierung der Industrie entscheidend sind, wurden in einem neuen Papier hervorgehoben, das von einem Sheffield-Strathclyde-Forschungsteam veröffentlicht wurde.
Tom Stavert ist ein postgradualer Forscher, dessen Ph.D. ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen der University of Sheffield und der University of Strathclyde unter der Leitung von Prof. Siddharth Patwardhan bzw. Dr. Miguel Jorge, die neben Dr. Robert Pilling auch zu der neuen Veröffentlichung beigetragen haben.
Der Schwerpunkt von Toms Forschung liegt auf der Kombination neuartiger experimenteller und computergestützter Ansätze zur Herstellung nachhaltiger Nanomaterialien.
Seine jüngsten Forschungsarbeiten gipfelten in der Veröffentlichung des Artikels mit dem Titel „Unlocking the Holy Grail of Sustainable and Scalable Mesoporous Silica Using Computational Modeling“ in RSC-Nachhaltigkeit.
Geordnetes mesoporöses Siliziumdioxid (OMS) hat Anwendungen in Bereichen wie Gastrennung, Katalyse, Arzneimittelabgabe an Patienten und Biosensoren – letztere können unter anderem zur Krankheitsüberwachung verwendet werden.
Trotz der Entdeckung von OMS vor 30 Jahren ist es jedoch noch nicht möglich, solche Materialien nachhaltig herzustellen, da sie hohe Temperaturen und Drücke, extreme pH-Werte und scharfe, giftige Chemikalien erfordern sowie verschmutztes Wasser bilden, was es zu einem sehr energie- und ressourcenintensiver Prozess.
Bioinspirierte Methoden bieten eine großartige Alternative für das Design hochwertiger mesoporöser Kieselsäure unter umweltschonenderen Bedingungen, die sowohl eine nachhaltige als auch wirtschaftliche Skalierung ermöglichen. Derzeit ist die Synthese von bioinspiriertem Silica (BIS) jedoch nicht vollständig verstanden, was Hindernisse für die Erzielung von Produkten schafft, die in ihrer Qualität mit herkömmlichem mesoporösem Silica vergleichbar sind.
Daher fasst dieser Artikel die wichtigsten Erkenntnisse aus der Entwicklung der OMS- und BIS-Synthese zusammen, wobei der Schwerpunkt auf den Herausforderungen bei der Entwicklung skalierbarer Routen für die Herstellung dieser Materialien liegt. Es hebt auch die jüngsten Erfolge bei der Verbesserung des mechanistischen Verständnisses von Synthesen durch Computermodellierung hervor und zeigt, wie die Modellierung für das prädiktive Design von BIS verwendet werden kann.
Durch die Kombination von Computermodellierung mit den Prinzipien der grünen und nachhaltigen Chemie besteht das Potenzial, die Materialentdeckung und die nachhaltige Herstellung zu verändern. Dieser Ansatz kann die Produktionskosten in einigen Fällen um zwei Größenordnungen reduzieren.
Da OMS ein breites Anwendungsspektrum hat, stimmen zukünftige Ergebnisse dieser Arbeit mit mehreren der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der UN überein: SDG 6 – sauberes Wasser und sanitäre Einrichtungen, SDG 7 – bezahlbare und saubere Energie, SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur, SDG 12 – verantwortungsvoller Konsum und verantwortungsvolle Produktion und SDG 13 – Klimaschutz.
Zu seiner jüngsten Veröffentlichung sagte Tom: „Die Teilnahme an einem gemeinsamen Promotionsprojekt hat mir eine fantastische Perspektive auf die Bedeutung eines multidisziplinären Ansatzes zur Lösung von Forschungsherausforderungen gegeben, da er sowohl experimentelle als auch computergestützte Methoden kombiniert.
„In diesem Artikel heben wir hervor, wie scheinbar unzusammenhängende Forschungsstränge miteinander verbunden werden können, um neuartige und effektive Forschungsmethoden zu entwickeln, wobei auf das Fachwissen von Forschern mit unterschiedlichen Fähigkeiten zurückgegriffen wird. Dieser kombinierte Ansatz wird für die Dekarbonisierung der Industrie und die wirksame Bekämpfung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung sein.“
Mehr Informationen:
Tom Stavert et al, Entschlüsselung des heiligen Grals nachhaltiger und skalierbarer mesoporöser Kieselsäure mithilfe von Computermodellen, RSC-Nachhaltigkeit (2023). DOI: 10.1039/D3SU00019B