Vědci představili výzvy a příležitosti spojené s návrhy uhlíkových teček pro fotokatalýzu

Ilustrační obrázek: Lukáš Zdražil s využití AI
Monday 26 August 2024, 13:00 – Text: Martina Šaradínová

Dosavadní poznatky o struktuře i vlastnostech uhlíkových teček (CDs) a jejich využití ve fotokatalýze shrnuje přehledový článek Designing carbon dots for enhanced photo-catalysis: Challenges and opportunities, který v těchto dnech publikoval časopis Chem. Autoři z CATRIN Univerzity Palackého, VŠB-TUO a Univerzity Friedricha Alexandera v německém Erlangenu v něm mimo jiné identifikovali klíčové vlastnosti, které je třeba zohlednit při návrhu katalyticky účinných uhlíkových teček. Shrnuli také experimentální i teoretické metody vhodné pro studium strukturálně složitých CDs.

Uhlíkové tečky (CDs) jsou nanomateriály se specifickými optickými a elektronickými vlastnostmi, které je činí zajímavými pro různé aplikace včetně lékařské diagnostiky, protinádorové terapie, vývoje LED diod a optoelekronických senzorů. Autoři článku se zaměřili na jejich přínosy v oblasti fotokatalýzy, kde ve výzkumu došlo v posledních letech k výraznému posunu a tyto ultramalé nekovové nanomateriály dokážou konkurovat klasickým polovodičovým materiálům na bázi kovů.

„Aplikace uhlíkových teček se dnes posouvají a otevřely se nové možnosti pro jejich využití zejména v oblasti fotokatalytické produkce vodíku, fotoredukce oxidu uhličitého či peroxidu uhlíku. Klíčovým přínosem článku je hlubší porozumění vztahu mezi strukturou a aktivitou uhlíkových teček a vývoj metod pro přesné přizpůsobení těchto struktur, což může vést k vyšší efektivitě přeměny energie a udržitelnějším postupům její výroby. Článek také zdůrazňuje význam pokročilých experimentálních a teoretických metod, včetně strojového učení, pro další zlepšení fotokatalytických vlastností uhlíkových teček a zavedení cirkulárních systémů, které podporují udržitelnost a efektivitu recyklace materiálů,“ uvedl první autor článku Lukáš Zdražil.

Čeští vědci na tématu spolupracovali s kolegy z Německa, v autorském týmu nechybí ani přední světový odborník Dirk M. Guldi, jenž v současné době působí jako profesor na Univerzitě Friedricha Alexandera v Erlangenu a zaměřuje se zejména na vývoj materiálů na bázi uhlíku, jako jsou fullereny a uhlíkové tečky, které jsou využitelné pro přeměnu slunečního záření na užitečné formy energie. Právě v jeho týmu Lukáš Zdražil absolvoval stáž v rámci doktorského studia. „Článek je jedním z výstupů navázané spolupráce. Jedná se o první vlaštovku, i nadále spolupracujeme v oblasti experimentálního popisu optických vlastností uhlíkových teček,“ uvedl Zdražil, který působí v Centru nanotechnologií CEET na VŠB-TUO i CATRIN Univerzity Palackého.

Podle vědců nicméně zůstává pochopení fotokatalytické aktivity uhlíkových teček a vývoj účinných a přesně zacílených struktur velkou vědeckou výzvou. „Překonání těchto překážek je klíčové pro pokrok směrem k zelené a udržitelné výrobě energie s využitím materiálů, které jsou levné, škálovatelné a šetrné k životnímu prostředí. Uhlíkové tečky dnes již dokážou svými optickými a elektronickými vlastnostmi konkurovat klasickým polovodičům na bázi kovů, což je nesmírně zajímavé pro komerční aplikace,“ doplnil jeden z korespondujících autorů Radek Zbořil.

Vědci také dlouhodobě těží z propojení experimentů s teoretickými výpočty. „Modelování vlastností uhlíkových teček představuje velmi obtížný úkol kvůli jejich komplikované a nejasné struktuře. Přesto výsledky z výpočetních modelů přináší cenné pochopení, jak fyzikálně-chemické procesy uvnitř teček fungují. Vědci dnes mohou díky pokročilé výpočetní technice propojovat výsledky z náročných molekulových dynamik, kvantově chemických výpočtů a analýz pomocí umělé inteligence s experimentálními daty, což výrazně urychluje vývoj nových katalyticky aktivních uhlíkových teček,“ dodal Michal Otyepka z CATRIN Univerzity Palackého a národního superpočítačového centra IT4Innovations při VŠB-TUO.

Back

Privacy settings

We use cookies and any other network identifiers on our website that may contain personal data (e.g. about how you browse our website). We and some of the service providers we use have access to or store this data on your device. This data helps us to operate and improve our services. For some purposes, your consent is required to process data collected in this way. You can change or revoke your consent at any time (see the link at the bottom the page).

(Essential cookies enable basic functions and are necessary for the website to function properly.)
(Statistics cookies collect information anonymously. This information helps us to understand how our visitors use our website.)
(They are designed for promotional purposes, measuring the success of promotional campaigns, etc.)