Browsing by Author "Laskowska, Magdalena"
Results Per Page
Sort Options
Item Ab initio studies of structural, electronic, and dynamical properties of transition metal pyrophosphates(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Pastukh, Svitlana; Piekarz, Przemysław; Laskowska, Magdalena; Scharoch, Paweł; Wiendlocha, Bartłomiej; Wróbel, JanNiniejsza praca doktorska przedstawia wszechstronne badania właściwości fizycznych pirofosforanów metali przejściowych. W tym celu zastosowano obliczenia ab initio, które umożliwiły analizę złożonych zależności między strukturą krystaliczną, własnościami elektronowymi i dynamiką sieci w tych materiałach. Główny nacisk badań skupił się na pirofosforanie miedzi (Cu2P2O7) w fazach α i β oraz na pirofosforanie żelaza [Fe4(P2O7)3]. Dla fazy α pirofosforanu miedzi wykorzystano teorię funkcjonału gęstości do dokładnej analizy własności materiału. W trakcie badań osiągnięto dobrą zgodność między obliczonymi parametrami sieci i pozycjami atomów, a danymi eksperymentalnymi, które obejmują pomiary dla nanokryształów pirofosforanu miedzi otrzymane w mezoporach krzemionki. Wykazano, że w takich obliczeniach istotną rolę odgrywa uwzględnienie lokalnych oddziaływań kulombowskich i poprawek van der Waalsa. Uporządkowanie antyferromagnetyczne atomów miedzi odpowiada konfiguracji o najniższej energii, co bardzo dobrze odzwierciedla wyniki eksperymentalne. Analiza krzywych dyspersji fononów i gęstości stanów fononowych potwierdziła dynamiczną stabilność α- Cu2P2O7. Zbadanie właściwości termodynamicznych wykazało silną anizotropię przemieszczeń termicznych atomów tlenu i dostarczyło teoretycznej interpretacji silnej ujemnej rozszerzalności termicznej występującej w tym związku. Zjawisko ujemnej rozszerzalności termicznej zbadano w ramach przybliżenia quasiharmonicznego, jak również uwzględniając poprawki anharmoniczne, a wyniki teoretyczne porównano z wartościami eksperymentalnymi. Właściwości elektronowe i sieciowe fazy β pirofosforanu miedzi również zostały przeanalizowane w ramach obliczeńab initio, wykazując dobrą zgodność parametrów strukturalnych z danymi eksperymentalnymi przy uwzględnieniu oddziaływań kulombowskich i poprawek van der Waalsa. Szczegółowe zbadanie właściwości dynamicznych kryształu β- Cu2P2O7 ujawniło występowanie miękkiego modu w punkcie A strefy Brillouina oraz jego kluczową rolę dla strukturalnego przejścia fazowego. Przeprowadzone obliczenia samouzgodnionych fononów w oparciu o zależny od temperatury potencjał efektywny pokazały kluczową rolę efektów anharmonicznych w takim procesie i ich związek z ujemną rozszerzalnością termiczną. Dla pirofosforanu żelaza przeprowadzono wszechstronną analizę właściwości elektronowych, strukturalnych i dynamicznych uwzględniając trzy różne konfiguracje oddziaływań antyferromagnetycznych. Obliczenia gęstości stanów elektronowych wykazały znaczące rozszczepienie wymienne w stanach Fe(3d), co pozwoliło na wyjaśnienie zachowania magnetycznego. Wyliczone momenty magnetyczne i uzyskany porządek antyferromagnetyczny zgadzają się z wynikami eksperymentalnymi, potwierdzając przeprowadzone obliczenia. Badanie relacji dyspersji fononów ujawniło obecność miękkich modów, co sugeruje możliwość strukturalnego przejścia fazowego w niższych temperaturach. Niestety, przewidywanie to pozostaje niepotwierdzone ze względu na brak szczegółowej analizy eksperymentalnej symetrii kryształu w niskich temperaturach. Przeprowadzone badania teoretyczne oparte na metodach obliczeniowych z pierwszych zasad dostarczyły głębokiego zrozumienia właściwości fizycznych pirofosforanów na bazie metali przejściowych, rzucając światło na ich unikalne cechy. Uzyskane wyniki podkreślają złożoną zależność między ich własnościami strukturalnymi, elektronowymi i fononowymi, otwierając drzwi do potencjalnych zastosowań materiałów i torując drogę dla przyszłych badań. This doctoral thesis represents a thorough investigation into the physical properties of transition metal pyrophosphates. For such a purpose, the ab initio calculations were applied, which gave the possibility to analyze the intricate interplay of crystal structure, electronic properties, and lattice dynamics in these materials. The main focus of the study was on copper pyrophosphate (Cu2P2O7) in its α and β phases and iron pyrophosphate [Fe4(P2O7)3]. For the α phase of copper pyrophosphate, the density functional theory was used for the analysis of the material. A good agreement between calculated lattice parameters and atomic positions with experimental data, which include measurements for copper pyrophosphate nanocrystals synthesized in silica mesopores, was achieved during the study. It was shown that incorporating local Coulomb interactions and van der Waals corrections plays a significant role in such calculations. The antiferromagnetic order of magnetic moments on copper atoms emerged as the lowest energy configuration, mirroring experimental findings. The analysis of phonon dispersion curves and density of states confirmed the dynamical stability of α - Cu2P2O7. The investigation of the thermodynamic properties has elucidated pronounced anisotropy in oxygen thermal displacements, providing a theoretical framework for understanding the negative thermal expansion (NTE) observed in the compound. The NTE phenomenon was examined by considering both the quasiharmonic approximation and anharmonic correction, and the theoretical results were compared with experimental values. The electronic and lattice properties of the β phase of copper pyrophosphate were also analyzed within the ab initio calculations, showing good agreement of structural parameters with the experimental data accounting for Coulomb interactions and van der Waals corrections. The detailed study of dynamical properties of the β - Cu2P2O7 crystal revealed the existence of the soft mode at the A point of the Brillouin zone and its key role in the structural phase transition. Performed self-consistent phonon calculations based on the temperature-dependent effective potential show the crucial role of anharmonic effects in such a process and their connection to negative thermal expansion. For iron pyrophosphate, a comprehensive analysis of electronic, structural, and dynamical properties were carried out taking into account three distinct antiferromagnetic configurations. Electronic density of state calculations discerned a significant exchange splitting within the Fe(3d) states, elucidating magnetic properties. The calculated magnetic moments and the obtained antiferromagnetic order correspond remarkably well with the experimental observations, validating the performed calculations. The examination of phonon dispersion relations revealed the presence of the soft modes, suggesting the possibility of a structural phase transition at lower temperatures. Unfortunately, this prediction remains unconfirmed due to the absence of detailed experimental analysis of the crystal symmetry at low temperatures. The performed theoretical studies based on the first-principles methods gave a deep understanding of the physical properties of metal ion pyrophosphates, shedding light on their unique characteristics. Obtained results highlight the complex interplay between their structural, electronic, and phonon properties, opening up the materials' potential applications and paving the way for future investigations.Item Dane uzyskane w wyniku realizacji projektu „Nowe bioaktywne powłoki kompozytowe na bazie nanostruktur krzemionkowych dla zastosowań biologicznych i środowiskowych”(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2024) Laskowska, MagdalenaZbiór danych zgromadzonych w wyniku projektu badawczego pod tytułem "Nowe bioaktywne powłoki kompozytowe na bazie nanostruktur krzemionkowych dla zastosowań biologicznych i środowiskowych" finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA-17 zawierający dane badawcze zaprezentowane w następujących publikacjach naukowych: 1. M. Schabikowski, M. Laskowska, P. Kowalczyk A. Fedorchuk, E. Szőri-Dorogházi, Z. Németh, D. Kuźma, B. Gawdzik, A. Wypych, K. Kramkowski, Ł. Laskowski, Functionalised Anodised Aluminium Oxide as a Biocidal Agent, International Journal of Molecular Sciences, 23 (2022) 8327; 2. M. Laskowska, P. Kowalczyk, A. Karczmarska, K. Kramkowski, K. Wrzosek, Ł. Laskowski, A Novel Biocidal Nanocomposite: Spherical Silica with Silver Ions Anchored at the Surface, International Journal of Molecular Sciences, 24 (2022) 545; 3. M. Laskowska, A. Walcarius, A. Fedorchuk, M. Zubko, Ł. Laskowski, Ultra-thin silver nanowires’ synthesis in pore-confined space of mesoporous silica thin film, Journal of Materials Research and Technology 24, 2023, 7771-7781; 4. A. Fedorchuk, M. Laskowska, G. Cempura, A. Kruk, A. Nowak, M. Dulski M. Kac, O. Pastukh, P. M. Zieliński, J. Kubacki, Ł. Laskowski Synthesis, thermal evolution and magnetic investigations of SBA-15 silica functionalized with anchored iron phosphonate molecules, Nanotechnology 34 (41) 2023, 415602; 5. M. Laskowska, A. Karczmarska, M. Schabikowski, M. Adamek, A. Maximenko, K. Pawlik, O. Kowalska, Z. Olejniczak, Ł. Laskowski, Synthetic Opals or Versatile Nanotools—A One-Step Synthesis of Uniform Spherical Silica Particles, International Journal of Molecular Sciences 24 (18) 2023, 13693. W skład tego zbioru wchodzą dane z obrazowania za pomocą elektronowej mikroskopii transmisyjnej (TEM) oraz skaningowej (SEM) badanych materiałów, spektroskopii w podczerwieni, spektroskopii Ramana, izotermicznej sorpcji azotu, dyfraktogramy, a także wyniki badań elektrochemicznych i badań własności biobójczych (MIC i MBC) zaprezentowanych w powyższych publikacjach. The dataset collected as a result of the research project titled "Novel bioactive composite coatings based on silica nanostructures for biological and environmental applications" funded by the National Science Centre under the SONATA-17 competition, contains research data presented in the following scientific publications: 1. M. Schabikowski, M. Laskowska, P. Kowalczyk A. Fedorchuk, E. Szőri-Dorogházi, Z. Németh, D. Kuźma, B. Gawdzik, A. Wypych, K. Kramkowski, Ł. Laskowski, Functionalised Anodised Aluminium Oxide as a Biocidal Agent, International Journal of Molecular Sciences, 23 (2022) 8327; 2. M. Laskowska, P. Kowalczyk, A. Karczmarska, K. Kramkowski, K. Wrzosek, Ł. Laskowski, A Novel Biocidal Nanocomposite: Spherical Silica with Silver Ions Anchored at the Surface, International Journal of Molecular Sciences, 24 (2022) 545; 3. M. Laskowska, A. Walcarius, A. Fedorchuk, M. Zubko, Ł. Laskowski, Ultra-thin silver nanowires’ synthesis in pore-confined space of mesoporous silica thin film, Journal of Materials Research and Technology 24, 2023, 7771-7781; 4. A. Fedorchuk, M. Laskowska, G. Cempura, A. Kruk, A. Nowak, M. Dulski M. Kac, O. Pastukh, P. M. Zieliński, J. Kubacki, Ł. Laskowski Synthesis, thermal evolution and magnetic investigations of SBA-15 silica functionalized with anchored iron phosphonate molecules, Nanotechnology 34 (41)2023, 415602; 5. M. Laskowska, A. Karczmarska, M. Schabikowski, M. Adamek, A. Maximenko, K. Pawlik, O. Kowalska, Z. Olejniczak, Ł. Laskowski, Synthetic Opals or Versatile Nanotools—A One-Step Synthesis of Uniform Spherical Silica Particles, International Journal of Molecular Sciences 24 (18) 2023, 13693. It includes data from transmission electron microscopy TEM and scanning electron microscopy SEM imaging of the materials studied, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, isothermal sorption of nitrogen, diffractograms, as well as the results of electrochemical and biocidal (MIC and MBC) property tests presented in the above publications.Item Mesoporous Silica-Carbon Composite Thin Films and Powders(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2025) Laskowska, Magdalena; Karczmarska, AgnieszkaThe dataset collected as a result of the research project titled "Novel bioactive composite coatings based on silica nanostructures for biological and environmental applications" funded by the National Science Centre under the SONATA-17 competition, includes data from Raman spectroscopy and isothermal sorption of nitrogen. Data are published in Materials 2024, 17, 6274. Zbiór danych, zgromadzonych w wyniku projektu badawczego pod tytułem "Nowe bioaktywne powłoki kompozytowe na bazie nanostruktur krzemionkowych dla zastosowań biologicznych i środowiskowych" finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA-17, zawiera dane uzyskane za pomocą spektroskopii Ramana oraz izotermicznej sorpcji azotu. Dane zostały opublikowane w Materials 2024, 17, 6274.Item Molecular structure of copper phosphonate groups anchored inside SBA-15 silica channels analysis(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2025) Laskowska, Magdalena; Doskocz, MarekThe dataset collected as a result of the research project titled "Novel bioactive composite coatings based on silica nanostructures for biological and environmental applications" funded by the National Science Centre under the SONATA-17 competition, includes the results obtained by Raman spectroscopy and numerical models used in the analysis of experimental data. Data are published in Applied Surface Science 669 (2024) 160425. Zbiór danych zgromadzonych w wyniku realizacji projektu badawczego pod tytułem "Nowe bioaktywne powłoki kompozytowe na bazie nanostruktur krzemionkowych dla zastosowań biologicznych i środowiskowych" finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA-17 zawiera wyniki uzyskane za pomocą spekroskopii ramanoswkiej oraz modele numeryczne wykorzystane w analizie danych ekrpetymentalnych . Dane zostały opublikowane w Applied Surface Science 669 (2024) 160425.Item Silica SBA-15 containing cyclam inside pores for capturing iron chloride(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2025) Laskowska, Magdalena; Karczmarska, Agnieszka; Laskowski, ŁukaszThe dataset collected as a result of the research project titled "Novel bioactive composite coatings based on silica nanostructures for biological and environmental applications" funded by the National Science Centre under the SONATA-17 competition, includes data from imaging by scanning electron microscopy (SEM) of the materials studied, energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), and isothermal sorption of nitrogen. Data are published in Microporous and Mesoporous Materials 378 (2024) 113243. Zbiór danych, zgromadzonych w wyniku projektu badawczego pod tytułem "Nowe bioaktywne powłoki kompozytowe na bazie nanostruktur krzemionkowych dla zastosowań biologicznych i środowiskowych" finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA-17, zawiera dane z obrazowania za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej SEM badanych materiałów, spektrometrii dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego EDS i izotermicznej sorpcji azotu. Dane zostały opublikowane w Microporous and Mesoporous Materials 378 (2024) 113243.Item Synteza i badanie własności analogów błękitu pruskiego o zredukowanej wymiarowości(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Sas, Wojciech; Fitta, Magdalena; Laskowska, Magdalena; Szałowski, Karol; Tabiś, WojciechMagnetyki molekularne cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem wśród badaczy, głównie ze względu na ich wielofunkcyjny charakter. Posiadają znaczący potencjał aplikacyjny w ogniwach paliwowych, układach kwantowych w funkcji zaworów spinowych, czy zastosowaniach biomedycznych jako nośniki leków czy markery różnych substancji. Jedną z wiodących grup materiałów będących magnetykami molekularnymi są analogi błękitu pruskiego. Cechują się one stosunkowo prostą strukturą krystaliczną, a ponadto mogą być syntetyzowane przy użyciu wielu technik. W niniejszej rozprawie zostały opisane procesy syntezy i analiza właściwości fizykochemicznych dwóch rodzin analogów błękitu pruskiego. W pierwszej części skupiono się na błękicie pruskim Fe4[Fe(CN)6]3 i jego analogu Fe3[Cr(CN)6]2, które zostały uzyskane w postaci warstw oraz nanorurek z wykorzystaniem metody elektrochemicznej redukcji. Zostały scharakteryzowane zarówno związki jednofazowe jak i próbki dwuskładnikowe. Druga część dotyczy związków o ogólnym wzorze Ni3[Fe(CN)6]x[Cr(CN)6]2−x, które zostały uzyskane w postaci proszków, dwóch rodzajów warstw (wykorzystując podłoże PET−ITO oraz Nafion®) i nanocząstek. W tym celu zastosowano techniki szybkiego strącania, wielosekwencyjnej adsorpcji, wymiany jonowej oraz syntezy z wykorzystaniem polimeru PVP. Do charakteryzacji uzyskanych próbek wykorzystano następujące techniki badawcze: skaningową mikroskopię elektronową (SEM), mikroskopię sił atomowych (AFM), spektroskopię w zakresie podczerwieni (FTIR), dyfrakcję rentgenowską (XRD), dynamiczne rozpraszanie światła widzialnego (DLS) oraz magnetometrię z wykorzystaniem magnetometru typu MPMS SQUID. Przedstawiona analiza pokazała, że możliwe jest zaprojektowanie i wytworzenie układów o dobrze określonej stechiometrii i oczekiwanych własnościach fizykochemicznych. Dotyczy to zarówno próbek jedno- jak i wielofazowych i może być realizowane przez dobór odpowiednich warunków syntezy. Ponadto możliwe jest oszacowanie udziału procentowego poszczególnych faz magnetycznych w układach wielofazowych, bazując na danych magnetycznych, nawet w przypadku, gdy nie jest możliwa analiza pierwiastkowa innymi metodami.Item Synthesis and characterization of SBA-15 silica containing cyclam inside pores for capturing iron chloride: Analysis of interactions between ferrous chloride and cyclam in a system with strongly dispersed functional groups on the SiO2 surface(Microporous and Mesoporous Materials, 2024-07-04) Laskowski, Łukasz; Laskowska, Magdalena; Walcarius, Alain; Doskocz, Marek; Vila, Neus; Karczmarska, Agnieszka; Pawlik, Piotr; Goraus, Jerzy; Balin, Katarzyna; Dulski, MateuszThe use of the spatial structure of mesoporous silica combined with organic molecules opens up a wide range of possibilities in the field of separation of single atoms and the precise creation of their environment. Materials obtained in this way can find applications as single-atom catalysts (SAC) and in environmental applications in ion and molecule trapping processes. An example of such a material is silica of the SBA-15 type functionalized with cyclam (1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane) anchored inside the pores with propyl chains. In this work, we present such a material containing 5% functional groups, additionally activated with iron(II) chloride, which was chelated by cyclam anchored inside the pores of silica. The presented nanocomposite has been thoroughly tested for its assumed molecular structure and stability. We compared it to a material containing only cyclam. The obtained results showed the high efficiency of the silica matrix with cyclam in the separation of single FeCl2 molecules and the correct molecular structure of the obtained material. The nanocomposite containing chelated molecules with iron showed good stability, while the structure of the material with cyclam alone collapsed with time.
