Aktuální číslo:

2018/7

Téma měsíce:

Co kdyby…

Inovace pro nanotechnologie

Centrum pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií ÚFCH JH AV ČR
4. 5. 2015
 |  Vesmír 94, 273, 2015/5
komerční prezentace

Nanomateriály a na nich založené nanotechnologie mají stále se rozšiřující uplatnění v chemické katalýze, fotochemii a (foto)elektrochemii, dále jako adsorbenty, membrány, sensory, optické, samočisticí a ochranné materiály aj. Výzkum syntézy, struktury a funkčních vlastností nanomateriálů a jejich technologických aplikací, a efektivní přenos výsledků jejich výzkumu do technologické praxe vyžaduje nejen spolupráci výzkumných pracovišť Akademie věd ČR a vysokých škol, ale i vytvoření přímé vazby mezi základním výzkumem a průmyslovými podniky.

Realizace těchto cílů je úkolem Centra pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií, které je součástí Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i., v Praze 8. Centrum je vybaveno výkonnou přístrojovou a výpočetní technikou pro sofistikovanou syntézu, analýzu struktury a řízenou tvorbu funkčních vlastností nanomateriálů, a vytváření předpokladů pro jejich technologického využití (obr. 1). Současně slouží jako vzdělávací a informační základna pro studenty všech úrovní, pro komerční sféru i pro širokou veřejnost. Centrum je součástí sítě spolupracujících tuzemských a zahraničních institucí a uživatelů a od roku 2016 koordinačním pracovištěm rozsáhlé výzkumné infrastruktury „Nanomateriály a nanotechnologie pro ochranu životního prostředí a udržitelnou budoucnost“.

Hlavní směry výzkumu se zaměřují na:

  • vývoj nanostrukturních katalyzátorů;
  • elektrochemické a fotoelektrochemické materiály;
  • fotochemické a fotokatalytické procesy;
  • nové metody ochrany kulturního dědictví.

Při vývoji fotokatalytických a fotochemických procesů se hlavní pozornost zaměřuje na vývoj metod pro zlepšení kvality životního prostředí, zejména na účinnou degradaci významných polutantů, jako např. chlorovaných fenolů ve vodném prostředí (obr. 2), oxidů dusíku a těkavých organických látek ve vzduchu a na odstraňování organických nečistot (olejovitých látek, dehtů) z exteriérových povrchů budov (vytváření tzv. samočistících povrchů). Vyvinuté fotokatalyzátory splňují náročné podmínky týkající se účinnosti, stability a selektivity.

Hlavními cíli vývoje nových materiálů a technologií pro záchranu a konzervaci našeho hmotného kulturního dědictví je dosažení:

  • účinného a zároveň šetrného odstraňování nežádoucího znečištění povrchu památek se zvláštním zaměřením na odstranění pozůstatků předchozích, často již dožilých nebo nevhodných restaurátorských zásahů;
  • konsolidace stavebních památek, degradovaných povětrností, impregnací porézního anorganického substrátu inovovanými zpevňujícími materiály;
  • preventivní ochrany povrchů památek před účinky povětrnosti, zejména vody, a před jejich biodegradací ošetřením novými hydrofobizačními a biocidními prostředky.

Velká pozornost je věnována dosažení zvýšené účinnosti a šetrnosti k ošetřovanému materiálu i k životnímu prostředí, prodloužené životnosti, reversibility a kvality procesů památkové preventivní, restaurátorské i konzervátorské činnosti.

Výzkum v oblasti katalytických procesů se zaměřuje na vývoj katalyzátorů, které jsou nezbytné pro výrobu palivových a petrochemických produktů a speciálních produktů pro výrobu léčiv a chemických specialit, a katalyzátorů, které transformují průmyslové a dopravní znečištění na látky nepoškozující přírodu. Vývoj katalyzátorů je založen na objasnění struktury, vlastností a dynamického chování nanostrukturovaných a hierarchických materiálů s využitím syntézy řízené v nanoměřítku. Řízení struktury aktivních center katalyzátorů na atomární úrovni umožňuje porozumět vztahům mezi strukturou materiálů a jejich katalytickými vlastnostmi. Fundamentální porozumění těmto vztahům je v centru využíváno pro vývoj nových generací katalyzátorů nutných pro zachování udržitelnosti chemické výroby nenahraditelných produktů a pro vývoj procesů nezbytných v ochraně životního prostředí. Příkladem realizovaného výzkumu je vývoj vysoce účinného katalytického procesu pro likvidaci oxidů dusíku NOx, které zahrnují NO (oxid dusnatý), NO2 (oxid dusičitý) a N2O (oxid dusný), (Obr. 3), které jsou v současné době považovány za jedny z nejnebezpečnějších vzduch znečišťujících látek, protože způsobují kyselé deště, přispívají ke vzniku fotochemického smogu a mají přímé škodlivé účinky na zdraví člověka. Ze všech těchto důvodů jsou emise NOx v průmyslových zemích v posledních desetiletích regulovány. V centru vyvinutý proces dosahuje prakticky úplné likvidace všech NOx vznikajících při výrobě kyseliny dusičné, pomocí dvou integrovaných procesů selektivní katalytické redukce NO a NO2 a katalytického rozkladu N2O na izolovaných atomech železa jako aktivních centrech.

Výzkum v oblasti fotoelektrochemických materiálů ilustruje schéma solárního článku s grafenovou katodou a fotoanodou z barvivem sensibilizovaného nanostrukturního oxidu titaničitého, který je vyvíjen v Centru pro inovace. Alternativou sensibilizačního barviva je organokový perovskit, např. CH3NH3PbI3. Tyto solární články dosahují účinnosti konverze sluneční energie na elektrickou vyšší než 15 %. Svou cenou a účinností tak konkurují křemíkové fotovoltaice. Na obrázku vpravo je mikroskopický snímek struktury oxidu titaničitého (anatasu), který je základem pro zápornou fotoanodu těchto solárních článků.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzikální chemie

Doporučujeme

Peníze z chemie, peníze pro chemii

Peníze z chemie, peníze pro chemii

Ondřej Vrtiška  |  16. 7. 2018
Manželé Hana a Dalimil Dvořákovi se seznámili v laboratoři. A nebylo to naposledy, co zaujetí pro organickou chemii ovlivnilo jejich životy i mimo...
Co když se probudí sopky pod antarktickým ledem?

Co když se probudí sopky pod antarktickým ledem?

John Smellie  |  16. 7. 2018
Antarktida je rozlehlá pustina pokrytá největším ledovým příkrovem světa, který obsahuje asi 90 % globálních zásob sladké vody. Funguje jako obří...
Ztracený potápník

Ztracený potápník uzamčeno

Josef Lhotský  |  16. 7. 2018
„Konference jsou od toho, abys tam navazoval styky a chlastal,“ řekl mi kdysi… — Povídka proplétající osudy tří velkých postav biologie.

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné