Results:
Rezumat Etapa I

Sinteza si depunerea straturilor subtiri de oxid de grafen si oxid de grafen dopat cu azot; identificarea si optimizarea parametrilor de iradiere (intensitatea pulsurilor laser, frecventa de repetitie, presiunea si gazului ambiant, concentratia materialelor de baza)

Activitati stiintifice:
- Caracterizarea morfologiei superficiale, structurii si a compozitiei chimice ale straturilor subtiri de oxid de grafen si a straturilor subtiri de oxide de grafen dopate cu azot
- Caracterizarea proprietatilor optice si electrice ale straturilor subtiri de oxid de grafen si a straturilor subtiri de oxide de grafen dopate cu azot

In aceasta etapa am efectuat studii privind sinteza si depunerea straturilor nanocompozite de rGO si Fe₃O₄ prin tehnica de evaporare laser pulsata asistata matriceal (MAPLE). Investigatiile noastre anterioare au demonstrat ca aceasta tehnica poate fi utilizata pentru sinteza de straturi subtiri de nanoparticule de oxizi ai metalelor de tranzitie (TMO) TiO₂ si ZnO, plachete de oxid de grafen (GO) redus de tip graphene-like, sau nanocompozite TMO / GO. Tehnica este versatila si mai rapida in comparatie cu metodele conventionale de reducere a plachetelor de GO si imobilizarea lor pe substraturi solide. In plus, metodele conventionale implica folosirea substantelor chimice toxice si temperaturi ridicate de procesare. Tehnicile laser permit, de asemenea, modificarea chimica simultana a materialului iradiat, deoarece experimentele pot fi realizate intr-un gaz ambiant reactiv. Mai mult, datorita faptului ca experimentele sunt efectuate la temperatura camerei, ca substraturi pot fi utilizate si materialele organice flexibile, de tip polimeri. In aceasta etapa am investigat compozitia chimica a straturilor hibride Fe₃O₄/rGO in functie de natura si presiunea gazului ambiant in camera de iradiere, Ar inert sau N₂ reactiv. Ca materiale initiale am folosit plachete de GO si nanoparticule de Fe₃O₄. Am investigat efectul naturii și a cantitatii gruparilor functionale cu continut de azot sau oxigen ale plachetelor de GO, precum si a concentratiei nanoparticulelor de Fe₃O₄ asupra proprietatilor optice si electrochimice ale straturilor nanocompozite Fe3O4/rGO. Am demonstrat ca straturile nanocompozite de Fe₃O₄/rGO sintetizate prin tehnica MAPLE sunt adecvate pentru fabricarea de electrozi cu capacitate volumetrica ridicata pentru aplicatii de stocare a energiei.

Indicatori de proces:
-Valoarea investitiilor in echipamente pentru proiecte etapa I: 332 mii lei
Indicatori de rezultat:
-Numarul articolelor in evaluare in reviste indexate ISI: 1
-Capitole de carte: 1

Rezumat Etapa II

Straturi subtiri nanocompozite alcatuite din plachete de oxid de grafen si nanotuburi de carbon obtinute prin depunere laser pulsata asistata matriceal; optimizarea aderentei structurilor laser obtinute pe substraturi solide, PMMA, PET, PEN, PC, PES, PI, PAR si PDMS; studiul morphologiei prin AFM, FE-SEM si HRTEM; caracterizarea compozitiei chimice si structurii cristaline ale straturilor prin FTIR, micro-Raman, GIXRD, SAED; compararea datelor obtinute cu cele ale materialelor de baza neiradiate

Activitati stiintifice:
- Caracterizarea morfologiei superficiale, structurii si a compozitiei chimice ale straturilor subtiri alcatuite din plachete de oxid de grafen si nanotuburi de carbon
- Caracterizarea proprietatilor optice si electrice ale straturilor subtiri alcatuite din plachete de oxid de grafen si nanotuburi de carbon – partial 2018

Pentru indeplinirea obiectivelor propuse ne-am centrat atentia asupra procesarii laser si imobilizarii pe colectori de cuart si polimeri flexibili a nanostructurilor de plachete de GO, nanoparticule de TiO₂ si g-C₃N₄, precum si GO, nanoparticule de ZnO si nanotuburi de carbon (CNT) prin tehnica MAPLE. Pentru iradieri am folosit o sursa laser cu emisie in domeniul spectral UV. Ca precursori am utilizat plachete de GO, nanoparticule de metale de tranzitie, CNT si molecule organice cu continut de azot, melamina sau uree. Rezultatele obtinute au aratat ca tehnica laser permite pe langa modificarea chimica a materialului iradiat, sinteza de compusi noi, din precursori organici. Compusii sintetizati au largime de banda ingusta, astfel permit extinderea spectrului de absorbtie al materialului compozit spre domeniul vizibil. Versatilitatea tehnicii deschide o noua posibilitate pentru sinteza materialelor organice si a compusilor noi pornind de la moleculele organice, cu ajutorul radiatiei laser. Cu ajutorul tehnicii MAPLE reactive am sintetizat structuri planare de g-C₃N₄ din melamina, fara procesari termice suplimentare, spre deosebire de tehnicile de sinteza raportate in literatura de specialitate, care implica temperaturi de calcinare ridicate. Capacitatea semnificativa a straturilor nanocompozite alcatuite in GO redus, nanoparticule de ZnO si CNT poate fi atribuita pseudocapacitatii electrozilor, datorita prezentei nanoparticulelor de ZnO. Plachetele de GO reduse si CNT asigura transportul electronilor in nanocompozitele hibride si cresterea conductivitatii electrice.

Indicatori de proces:
-Valoarea investitiilor in echipamente pentru proiecte etapa II: 65 mii lei
Indicatori de rezultat:
- Numarul articolelor publicate in reviste indexate ISI: 1
- Numarul articolelor in evaluare in reviste indexate ISI: 1
- Capitole de carte: 1
- Participari la conferinte internationale: 2

Rezumat Etapa III

Sinteza si caracterizarea straturilor subtiri nanocompozite alcatuite din plachete de oxid de grafen, nanotuburi de carbon si nanoparticule de metale nobile; studiul proprietatilor electrice si optice ale straturilor; optimizarea raportului conductivitate electrica - transmisie optica

Activitati stiintifice:
-Caracterizarea proprietatilor optice si electrice ale straturilor subtiri alcatuite din plachete de oxid de grafen si nanotuburi de carbon - continuare din 2018
-Caracterizarea morfologiei superficiale, structurii si a compozitiei chimice ale straturilor subtiri alcatuite din plachete de oxid de grafen, nanotuburi de carbon si nanoparticule de metale nobile nedopate si dopate cu azot
-Caracterizarea proprietatilor optice si electrice ale straturilor subtiri alcatuite din plachete de oxid de grafen, nanotuburi de carbon si nanoparticule de metale nobile nedopate si dopate cu azot

In aceasta etapa am continuat studiile noastre referitoare la sinteza si depunerea straturilor nanocompozite de rGO, ZnO, NiO si CNT prin tehnica MAPLE. Am investigat prin metode electrochimice straturile nanocompozite de tip rGO / CNT / ZnO si rGO / CNT / NiO / ZnO, pentru aplicatii de stocare a energiei. Ca materiale de baza am folosit acetat de zinc ZnAc (CH₃COO)₂, nanoparticule de NiO si ZnO, CNT si plachete de GO. Iradierile au fost efectuate in atmosfera controlata de argon sau azot. Am demostrat ca prin tehnica laser se pot sintetiza materiale noi, din precursori organici, in timpul procesului de depunere a straturilor hibride. Am obtinut nanoparticule de ZnO stoichiometrice prin iradierea a ZnAc (CH₃COO)₂ adaugat dispersiilor de nanoparticule si nanomateriale de carbon, CNT si plachete de GO. Rezultatele obtinute confirma o noua posibilitate de sinteza a materialelor si a compusilor noi pornind de la moleculele organice, cu ajutorul radiatiei laser. Capacitatea de stocare a energiei a straturilor nanocompozite alcatuite in GO redus de tip Graphene-like, nanotuburi de carbon, nanoparticule de ZnO si NiO se imbunatateste odata cu cresterea concentratiilor de ZnO si NiO. Valorile ridicate ale capacitatii de stocare se datoreaza unui efect cumulativ, capacitatea de dublu-strat electric al materialelor cu continut de carbon, GO redus si nanotuburi de carbon si pseudocapacitatii nanoparticulelor de ZnO si NiO.

Indicatori de proces:
-Valoarea investitiilor in echipamente pentru proiecte etapa III: 154 mii lei
Indicatori de rezultat:
-Numarul articolelor in evaluare in reviste indexate ISI: 2
-Participari la conferinte internationale: 3

Publications:
[1] A. Queraltó, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, A. Datcu, R. Amade, E. Bertran-Serra, E György, "Reduced graphene oxide/iron oxide nanohybrid flexible electrodes grown by laser-based technique for energy storage applications”, Ceramics International, 44 (2018) 20409–20416, IF=3.450
[2] R. Ivan, A. Pérez del Pino, I. Yousef, C. Logofatu, E György, “Laser induced synthesis and deposition of photoactive organic-inorganic composite layers”, Nanotechnology, accepted for publication with revisions, IF=3.404
[3] R. Ivan, C. Popescu, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, E György, “Carbon–based nanomaterials and ZnO ternary compound layers grown by laser technique for environmental and energy storage applications”, Applied Surface Science, accepted for publication with revisions, IF=5.155

Books chapters:
[1] E. György, A. Perez del Pino, C. Logofatu, A. Duta, “Laser processing of graphene oxide / transition metal oxide nanocomposite coatings”, Chapter 2 in “Graphene Oxide: Advances in Research and Application” Nova Science Publishers, Inc., A. K. Mishra (Ed.), 2018, pp. 11-36, ISBN: 978-1-53614-168-9
[2] E. György, A.P. Caricato, “MAPLE deposition of nanomaterials”, Chapter 6 in “Pulsed Laser Ablation: Advances and Applications in Nanoparticles and Nanostructuring Thin Films”, Ion N. Mihailescu, Anna Paola Caricato (Eds.) Pan Stanford Publishing Pte. Ltd, 2018, pp. 207-245, ISBN 978-1-315-18523-1 (eBook), ISBN 978-981-4774-23-9 (Hardcover)

Conference presentations:
[1] R. Ivan, C. Popescu, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, E György, “Reduced graphene oxide / transition metal oxide / urea composite materials for photocatalytic degradation of organic pollutants in aqueous medium”, 7th International Symposium on Transparent Conductive Materials, TCM2018, Crete, Greece, 14-17 Oct. 2018.
[2] E. György, “Photoactive Nano-Carbon Based Composite Materials Obtained by Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation”, Oral presentation, International High Power Laser Ablation and Directed Energy Conference, 26-29 March 2018, Santa Fe, New Mexico, USA
[3] R. Ivan, C. Popescu, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, E György, “Transition metal oxide – carbon based nanomaterials photocatalyst layers synthesized by laser techniques”, Poster presentation, E-MRS2019 Spring Meeting, Symposia H, 27-31 May,2019, Nice, France
[4] E. György, “Hybrid organic-inorganic composite layers synthesised by laser techniques for environmental and energy storage applications”, Oral presentation, World Chemistry Forum 2019, 22-24 May, 2019, Barcelona, Spain
[5] R. Ivan, C. Popescu, S. Antohe, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, E. György, "Laser synthesis of hybrid materials for removal of pharmaceutical products from aqueous solution”, Oral presentation, 19th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, 2019, July 15-20, Constanta, Romania

Indicatori de proces:
-Valoarea investitiilor in echipamente pentru proiecte: 551 mii lei
Indicatori de rezultat:
-Numarul articolelor publicate in reviste indexate ISI: 1
-Numarul articolelor in evaluare in reviste indexate ISI: 2
-Capitole de carte: 2
-Participari la conferinte internationale: 5