Dr. Marie-Alix Pizzoccaro-Zilamy: NanoMem
Eine der größten Herausforderungen für unsere moderne Gesellschaft besteht darin, den wachsenden Energiebedarf zu decken und gleichzeitig den Übergang zu einer kohlenstoffarmen, umweltfreundlichen und erschwinglichen Energieversorgung zu schaffen. Das Projekt „NanoMem" möchte diese Ziele durch den Einsatz von Gastrennmembrantechnologien erreichen, die sich durch ihre hohe Effizienz, ihren geringen Kohlenstoff-Fußabdruck und ihren einfachen Betrieb auszeichnen.
Der Transport von Wasserstoff unter Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur und die Abscheidung und Nutzung von Kohlendioxid als Ressource sind zwei wichtige Schritte auf dem Weg zu einer umweltfreundlichen und kostengünstigen Energieversorgung. Dabei ist die Entwicklung energieeffizienter Trenntechnologien von entscheidender Bedeutung. Gastrennmembranen können hier eine Schlüsselrolle spielen. Diese Membranen wirken wie eine selektive Barriere und trennen ein Gasgemisch basierend auf Größenunterschiede. Die ideale Membran sollte mechanisch robust und möglichst dünn sein, damit sie im Dauerbetrieb nicht reißt und einen schnellen Transport der Gasmoleküle ermöglicht. Die derzeitigen Membranen erfüllen nicht alle diese Anforderungen.
Das Forschungsprojekt „NanoMem" besitzt zwei Schwerpunkte. Zum einen befasst sich das Projekt mit der Herstellung und Anwendung von Membranen auf der Grundlage von Nanomaterialien, die aus metallorganischen Gerüsten (MOFs) oder Zeolithen bestehen. Durch ihre gut definierten Poren können nur bestimmte Gase durch diese subnanometerdicken Schichten – den sogenannten Nanoblättern – hindurchtreten. Die Herstellung solcher Membranen ohne Defekte auf porösen Trägern bleibt jedoch eine Herausforderung. Durch Variation der chemischen Oberflächenzusammensetzung der Träger unter Verwendung intelligenter Polymere ist es möglich, Defekte zu heilen oder zu verhindern. Die endgültige Membran wird die Trenneigenschaften der Nanoblätter mit der Flexibilität der Polymere und der Steifigkeit des Trägers kombinieren.
Der andere Schwerpunkt liegt auf der Herstellung robuster Membranen mit Methoden, die sich leicht skalieren lassen. Nach der Überführung der MOFs und Zeolith-Nanomaterialien in stabile Suspensionen wird die Herstellung hochwertiger dünner 2D-Nanomaterialmembranen mit lösungsbasierten Abscheidungs- und Drucktechniken erforscht. Um die Eigenschaften der Materialien bei der Gastrennung zu untersuchen und die Relevanz der ausgewählten Materialien sicherzustellen, werden computergestützte Modellierungswerkzeuge eingesetzt.
Das Forschungsprojekt leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung neuartiger, robuster und einfach zu skalierender Methoden für die Herstellung defektfreier, hybrider MOFs und auf Zeolith-Nanoblättern basierender Membranen. Am Ende wird ein Werkzeugkasten für die Synthese hybrider Membranen auf der Basis von Nanoblättern zur Verfügung stehen, um spezifische Gasgemische zu trennen
Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Marie-Alix Pizzoccaro-Zilamy
Frau Dr. Marie-Alix Pizzoccaro-Zilamy studierte Materialchemie (Diplom) an der Universität Montpellier (Frankreich) und promovierte 2017 in Chemie und physikalischer Chemie von Materialien zum Thema "Einschluss und Pfropfung von ionischen Flüssigkeiten in mesoporösen Keramikmembranen für den selektiven Transport von CO2". In dieser Zeit forschte sie auch während eines Auslandsaufenthalts an der University of Colorado, Boulder (USA) bei Prof. R. Noble. 2018 wechselte sie als Postdoktorandin zur Gruppe Anorganische Membranen an der Universität Twente (Niederlande). Im Februar 2022 wurde sie zur Assistenzprofessorin ernannt, mit besonderem Schwerpunkt auf der Entwicklung und Charakterisierung hybrider anorganischer Membranen mit kontrollierter Porenstruktur und -form für Flüssigkeitsfiltrationsanwendungen. Ab März 2023 wird sie die Nachwuchsgruppe "NanoMatFutur" am Forschungszentrum Jülich leiten, deren Ziel es ist, nanostrukturierte, robuste und defektfreie hybride 2D-Nanomaterial-basierte Membranen für anspruchsvolle Gastrennanwendungen zu entwickeln.