Fyzikální chemie v nanoměřítku:

Současný vědecký výzkum v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i., (ÚFCH JH) je zaměřen na vývoj metod výpočetní chemie, fyzikálně-chemické základy nových technik hmotové spektrometrie, laserové spektroskopie a fluorescenční mikroskopie, dynamiku a kinetiku kolizních reakcí ion-molekula v plynné fázi, strukturu, funkci a dynamiku biomembrán, syntézu, strukturu a reaktivitu nanoskopických katalyzátorů a elektrokatalyzátorů a nekonvenční systémy (kapalná rozhraní, iontové kapaliny) a procesy (chemie v atmosféře a mezihvězdném prostoru). Předpokládáme, že po roce 2014 dojde k výraznější koncentraci vědecko-výzkumné kapacity ústavu na objasnění jednoho z nejvýznamnějších problémů současné fyzikální chemie, kterým je otázka vztahu chemické struktury a reaktivity v nanoměřítku, a využití jeho aplikačního potenciálu. Tyto aktivity budou přispívat k řešení níže uvedených 11 témat:

• klastry, nanočástice, aerosoly a atmosférická chemie;
• spektra hvězd a pátrání po původu života;
• neinvazivní diagnostika infekce z dechu;
• bjasnění vzniku chorob na molekulární úrovni;
• elektrochemicky aktivní nanomateriály pro konverzi solární energie;
• racionální elektrokatalýza;
• nízkodimenzionální systémy;
• atomárně organizované nanostruktury v matricích pro pokročilé katalytické procesy;
• molekulární elektrochemie;
• elektrochemická polarizace kapalinových rozhraní;
• počítačové modelování molekulových systémů.

Naše činnost se soustředí zejména na: (1) vytváření nanočástic analogických atmosférickým částicím přímo v laboratoři technikou molekulových paprsků a jejich výzkum moderními laserovými metodami pro pochopení tvorby a vývoje ozonové díry a atmosférické chemie obecně (M. Fárník), (2) spektroskopickou detekci vysoce vzbuzených Rydbergových stavů atomů pro výzkum hvězd, horkých mezihvězdných oblaků, protoplanetárních disků a exoplanet a jejich detailní interpretaci kvantověmechanickými výpočty (S. Civiš), (3) vývoj nových, velice citlivých metod pro hmotnostně spektrometrickou diagnostiku stopových množství látek v dechu spojených s určitým onemocněním (P. Španěl), (4) využití specifických technik fluorescenční mikroskopie, zčásti vyvinutých na našem pracovišti, ve výzkumu jak modelových membrán, tak živých buněk pro objasnění role oxidovaných fosfolipidů (M. Hof), (5) vývoj elektrochemicky aktivních nanomateriálů pro fotoelektrochemickou přeměnu solární energie v barvivem senzibilizovaných solárních článcích a v nových elektrochemických zdrojích proudu na bázi baterií Li-ion a superkondenzátorů (L. Kavan), (6) výzkum elektrod připravených z nanokrystalických oxidů kovů (Ru, Ir) pro elektrochemické vylučování plynného kyslíku a vodíku elektrolýzou vody a vylučování plynného chloru elektrolýzou roztoků chloridů (P. Krtil), (7) výzkum elektronických a mechanických vlastností dvourozměrných materiálů, zejména grafenu, pro aplikace v senzorech, solárních článcích a nových typech mikroelektronických zařízení (M. Kalbáč), (8) přípravu a strukturní charakterizaci na atomární úrovni vysoce aktivních a selektivních katalyzátorů pro nové katalytické procesy a nalezení vztahu mezi strukturou, dynamikou a aktivitou katalytických center v redoxních a acidobazických reakcích pomocí kombinace vysoce rozvinutých spektroskopických a výpočetních technik (Z. Sobalík, J. Čejka), (9) výzkum vztahu mezi strukturou a reaktivitou organických a organometalických molekul s jedním nebo více redox centry pro molekulární elektroniku a optoelektroniku a vývoj nanosystémů, založených na supramolekulárních interakcích (M. Hromadová, J. Ludvík), (10) výzkum kinetiky přenosu iontu nebo elektronu přes elektrochemicky polarizovaná mikro- a nanometrická rozhraní dvou nemísitelných kapalin (Z. Samec, V. Mareček), (11) vývoj a počítačovou implementaci přesných metod kvantové chemie pro studium základních i excitovaných stavů molekul a rozptylu elektronů na molekulách, simulaci chování molekul v čase popisující fotochemické procesy a vývoj algoritmů pro kvantově-chemické výpočty a simulaci molekul na kvantových počítačích (J. Pittner).