Ekologickejšie palivá do áut a spomalenie globálneho otepľovania. Aj k tomu môžu prispieť poznatky, o ktorých sa diskutovalo na konferencii Cluster Meeting 2021. Usporiadal ju Ústav fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR. Do Prahy tak prilákal medzinárodnú elitu v obore nanokatalýzy.

Predstavte si hrozno s rozmanitým počtom guličiek. Niektoré trsy majú len dve, iné napríklad desať alebo dvadsať. Sú rôzneho tvaru aj zloženia. Tak možno opísať takzvané klastre, teda zoskupenia atómov. Sú súčasťou nanovied a v chémii sa používajú na viacero účelov. Ich veľkosť sa pohybuje v miliontinách milimetra, alebo sú dokonca ešte menšie.

Na tieto dôležité útvary sa zamerala konferencia Cluster Meeting 2021, ktorá sa uskutočnila 18. – 23. júla 2021 v Prahe. Samotná konferencia bola tiež klastrom, v tomto prípade v makro mierke. Kládla si za cieľ spojiť rôzne vedné disciplíny, ktoré sa oboru nanokatalýzy týkajú. Niektoré z nich priamo, iné boli z príbuzných odvetví. Môžu však rozšíriť štúdium klastrov vrátane návrhu nových nanomateriálov.

Na stretnutí prehovorili rečníci z trinástich krajín, napríklad USA, Japonska, Nemecka, Francúzska, Talianska alebo Rakúska. Účastníkov v sále bolo 94, pochádzali zo štrnástich krajín a troch kontinentov. Ako uviedol Štefan Vajda, hlavný organizátor akcie a zároveň vedúci oddelenia nanokatalýzy a projektu J. Heyrovský ERA Chair pri Ústave fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR: „Cieľom stretnutia je prilákať svetovú špičku a vytvoriť nové kontakty s českými vedcami v odbore.“

Premena oxidu uhličitého

Hlavnou témou konferencie bola nanokatalýza, ktorá prebieha pomocou spomínaných klastrov. Vďaka nej sa urýchľujú rôzne chemické reakcie. Klastre o miniatúrnej veľkosti sú doteraz len málo prebádanou oblasťou. Na stretnutí sa hovorilo o experimentálnych poznatkoch o nanokatalýze klastrov, ich charakterizovanie na atomárnej úrovni a pochopenie ich funkcie. Ako priblížil Štefan Vajda: „Meníme vlastnosti častíc atóm po atóme, aby ich výkon bol čo najvyšší.“

Veľká časť prednášok spadala do sféry základného výskumu. Práve tieto znalosti môžu priniesť dôležité využitie aj v praxi. Ako pripomenul Martin Hof, riaditeľ Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR: „Väčšina výskumu musí byť základná, z čoho potom môže vzniknúť aplikovaný.“ Vo svojej úvodnej reči vyzdvihol dôležitosť svojho ústavu, ktorý si aj podľa medzinárodného hodnotenia vedie na špičkovej európskej úrovni.

K významným aplikáciám nanokatalýzy môže patriť štiepenie vody, pri ktorom vzniká vodík. O ňom sa hovorí ako o možnej budúcej náhrade fosílnych palív. Jeho zásoby vo vode sú takmer nevyčerpateľné. Zatiaľ však nie je jasné, ktorá z technológií výroby vodíka je najvýhodnejší. V súčasnosti sa dá produkovať pomocou elektrokatalýzy, pri ktorej sa ale používajú vzácne kovy. Nanokatalyzátory majú tú výhodu, že možno použiť iba niekoľko málo atómov vzácnych kovov, napríklad platiny. Chemickú premenu to značne zlacňuje. Môžu nájsť uplatnenie v najrôznejších aplikáciách vrátane čistenia výfukových plynov alebo pri výrobe základného komponentu pre produkciu brzdových kvapalín. Vodík sa používa aj ako surovina na výrobu hnojív a rafináciu ropy.

Vedci sa tiež zamýšľajú, ako prispieť k spomaleniu globálneho otepľovania. Ako opísal Štefan Vajda: „Efektívna premena oxidu uhličitého v čokoľvek iné je veľmi dôležitá. Miniatúrne klastre medi z neho dokážu vyrobiť potrebný metanol, ktorý ide dobre transportovať.“

Zaujať behom troch minút

Súčasťou konferencie sa stali študentské prezentácie prostredníctvom takzvaných posterov. Objavilo sa ich cez päťdesiat, a to od skúsených aj začínajúcich vedcov. Celkom dvadsaťtri ich študenti bližšie prezentovali. Postery ukazovali nápady, ktoré odbor nanokatalýzy posúvajú ďalej. Necelá polovica zúčastnených študentov bola z Česka, ďalší z Nemecka, Rakúska, Španielska alebo Francúzska. Išlo o poslucháčov vysokých škôl, často doktorandov. Na vystavené postery nadviazali svojimi prednáškami v sále. Niektoré trvali dvadsať minút, iné boli podstatne kratšie. Pri takzvaných “poster sessions” mali vystupujúci za úlohu zaujať počas iba troch minút. Pre mnohých z nich to predstavovalo vôbec prvé vystúpenie na konferencii v živote.

Napriek faktu, že väčšina prednášok patrila do oblasti základnej vedy, konferenciu podporilo šesť sponzorov zo súkromného sektora. Ako prezradil Štefan Vajda: „Vďaka nim sme v pozícii, že každý zo študentských tvorcov posterov dostane 300 EUR.“ Záujem sponzorov ukazuje na komerčný potenciál celého odboru.

Štefan Vajda pred dvoma rokmi v Ústave fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR založil oddelenia nanokatalýzy. V ňom sa študujú vlastnosti kovových nanočastíc. V roku 2018 ústav získal 2,5-milióna EUR z grantu ERA Chair, vďaka ktorým sa podarilo toto oddelenie vybudovať.

Konferencia sa popri nanokatalýze a klastrov dotkla aj tém z oblasti fyziky, optiky, biológie alebo strojového učenia (machine learning). Ako uzavrel vedec, ktorý má v USA na svojom konte už sedem patentov z rôznych aplikácií klastrov v katalýza a elektrokatalýze: „Dúfame, že vďaka tomu vzniknú nové poznatky a prístupy.“

Viac informácií:

O neobvyklom zariaďovaní oddelenia nanokatalýzy v Ústave fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR sa dočítate v článku Jedenásť ton prístrojov pre nanokatalyzátory.

Zdroj: https://www.avcr.cz, zverejnené: 9. 8. 2021, autor: rpa