Představte si hroznové víno s rozmanitým počtem kuliček. Některé trsy mají jenom dvě, jiné třeba deset nebo dvacet. Jsou různého tvaru i složení. Tak lze popsat takzvané klastry, tedy uskupení atomů. Jsou součástí nanověd a v chemii se používají k vícero účelům. Jejich velikost se pohybuje v miliontinách milimetru, nebo jsou dokonce ještě menší.

Na tyto důležité útvary se zaměřila konference Cluster Meeting 2021, která se uskutečnila 18. až 23. července 2021 v Praze. Sama konference byla také klastrem, v tomto případě v makro měřítku. Kladla si za cíl spojit různé vědní disciplíny, jež se oboru nanokatalýzy týkají. Některé z nich přímo, jiné byly z příbuzných odvětví. Mohou však rozšířit studium klastrů včetně návrhu nových nanomateriálů.

Na setkání promluvili řečníci ze třinácti zemí, například Spojených států amerických, Japonska, Německa, Francie, Itálie nebo Rakouska. Účastníků v sále bylo devadesát čtyři, pocházeli ze čtrnácti zemí a tří kontinentů. „Cílem setkání je přilákat světovou špičku a vytvořit nové kontakty s českými vědci v oboru,“ řekl Štefan Vajda, hlavní organizátor akce a zároveň vedoucí oddělení nanokatalýzy a projektu J. Heyrovský ERA Chair při Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Vystupující vědci z tohoto ústavu měli na konferenci nadprůměrný prostor. Dále zhruba čtyřicet procent účastníků pocházelo z Čech a Moravy.

Přeměna oxidu uhličitého

Hlavním tématem konference byla nanokatalýza, která probíhá pomocí zmíněných klastrů. Díky ní se urychlují různé chemické reakce. Klastry o miniaturní velikosti jsou dosud jen málo probádanou oblastí. Na setkání se hovořilo o experimentálních poznatcích o nanokatalýze klastrů, jejich charakterizování na atomární úrovni a pochopení jejich funkce. „Měníme vlastnosti částic atom po atomu, aby jejich výkon byl co nejvyšší,“ přibližuje Štefan Vajda.

Velká část přednášek spadala do sféry základního výzkumu. Právě tyto znalosti mohou přinést důležité využití i v praxi. „Většina výzkumu musí být základní, z čehož pak může vzniknout aplikovaný,“ připomněl Martin Hof, ředitel Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Ve své úvodní řeči vyzdvihl důležitost svého ústavu, který si i podle mezinárodního hodnocení vede na špičkové evropské úrovni.

K významným aplikacím nanokatalýzy může patřit štěpení vody, při kterém vzniká vodík. O něm se mluví jako o možné budoucí náhradě fosilních paliv. Jeho zásoby ve vodě jsou téměř nevyčerpatelné. Zatím však není jasné, která z technologií výroby vodíku je nejvýhodnější. V současnosti se dá produkovat pomocí elektrokatalýzy, při níž se ale používají vzácné kovy. Nanokatalyzátory mají tu výhodu, že lze použít pouze několik málo atomů vzácných kovů, například platiny. Chemickou přeměnu to značně zlevňuje. Mohou najít uplatnění v nejrůznějších aplikacích včetně čištění výfukových plynů nebo při výrobě základního komponentu pro produkci brzdových kapalin. Vodík se používá také jako surovina pro výrobu hnojiv a rafinaci ropy.

Vědci se rovněž zamýšlejí, jak přispět ke zpomalení globálního oteplování. „Efektivní přeměna oxidu uhličitého v cokoli jiného je velmi důležitá. Miniaturní klastry mědi z něj dokážou vyrobit třeba metanol, který jde dobře transportovat,“ popisuje Štefan Vajda.

Zaujmout během tří minut

Součástí konference se staly studentské prezentace prostřednictvím takzvaných posterů. V předsálí se jich objevilo přes padesát, a to od zkušených i začínajících vědců. Celkem třiadvacet jich studenti blíže prezentovali. Plakáty ukazovaly nápady, které obor nanokatalýzy posouvají dál. Necelá polovina zúčastněných studentů byla z České republiky, další z Německa, Rakouska, Španělska nebo Francie. Šlo o posluchače vysokých škol, často doktorandy. Na vystavené plakáty navázali svými přednáškami v sále. Některé trvaly dvacet minut, jiné byly podstatně kratší. Při takzvaných „poster sessions“ měli vystupující za úkol zaujmout během pouhých tří minut. Pro mnohé z nich to představovalo vůbec první vystoupení na konferenci v životě.

Navzdory faktu, že většina přednášek patřila do oblasti základní vědy, konferenci podpořilo šest sponzorů ze soukromého sektoru. „Díky nim jsme v pozici, že každý ze studentských tvůrců posterů dostane tři sta eur,“ prozradil Štefan Vajda. Zájem sponzorů ukazuje na komerční potenciál celého oboru.

Štefan Vajda před dvěma lety v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR založil oddělení nanokatalýzy. V něm se studují vlastnosti kovových nanočástic. V roce 2018 ústav získal 2,5 milionu eur z grantu ERA Chair, díky nimž se podařilo toto oddělení vybudovat.

Konference se vedle nanokatalýzy a klastrů dotkla také témat z oblasti fyziky, optiky, biologie nebo machine learning. „Doufáme, že díky tomu vzniknou nové poznatky a přístupy,“ uzavřel vědec, který má v USA na svém kontě už sedm patentů z různých aplikací klastrů v katalýze a elektrokatalýze.

O neobvyklém zařizování oddělení nanokatalýzy v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se dočtete v článku Jedenáct tun přístrojů pro nanokatalyzátory. 

Zhlédnout můžete i video.