Centrum na Přírodovědecké fakultě UK vzniklo před čtyřmi lety na základě unikátní výzvy ministerstva školství na podporu excelentních výzkumných týmů. „Kromě materiálů pro průmyslovou katalýzu se zaměřujeme i na materiály pro optoelektronické aplikace nebo nanomateriály využitelné například ve zdravotnictví,“ doplňuje Nachtigall.

Tři klíčoví vědci centra CUCAM (zleva) Petr Nachtigall, Jiří Čejka a Ivan Němec. | Hynek Glos

Od zeolitů k obvazům

Na počátku celého projektu byl experimentální výzkum zeolitů - minerálů s širokým průmyslovým využitím. Zeolity se tradičně připravovaly smícháním chemikálií za definovaných podmínek - teoreticky by takových zeolitů šly připravit miliony, prakticky se jich dařilo získat pouze 250.

„Podařilo se nám objevit zcela nový způsob, jak zeolity připravovat. Nejdříve připravíme stavební jednotky - dvoudimenzionální desky, které následnou manipulací uspořádáme a vytvoříme nový zeolit, který by nešlo vyrobit jinak,“ popisuje profesor Čejka revoluční metodu ADOR (Assembly, Disassembly, Organisation and Reassembly), díky které se dostali na světovou špičku v oboru chemie zeolitů. „Současně jsme chtěli pochopit, jak to funguje na molekulární úrovni a zda by tato metoda šla modifikovat a aplikovat i na další materiály,“ doplňuje teoretický chemik Petr Nachtigall.

Druhou významnou oblastí s aplikačním potenciálem jsou materiály pro optické či fotochemické aplikace. „Právě fotoaktivní nanovlákenné materiály, které působením viditelného světla generují například reaktivní formy kyslíku, a tak ničí bakterie a viry, se v současné koronavirové pandemii ukázaly jako velmi žádané,“ popisuje Ivan Němec, další z členů týmu CUCAM. Ostatně o spin-offu LAM-X zaměřujícím se na samodezinfekční obvazové materiály, roušky nebo například filtry do klimatizací, který z tohoto výzkumu vychází, jsme už v Hrotu psali.

Praktickým aplikacím je nejvíce vzdálena třetí výzkumná oblast centra CUCAM - teoretická chemie a počítačové modelování. Ale jen zdánlivě. „I my máme aplikační sféře co nabídnout. Teoretická chemie udělala za posledních deset let obrovský pokrok a jsme schopni s vysokou přesností simulovat, co se reálně děje,“ popisuje Nachtigall, jak teoretičtí chemici pomáhají pochopit a výrazně posunout experimentální výzkumy.

Zásadní spolupráce

CUCAM je unikátní i mezinárodním přesahem - centrum vede špičkový zahraniční vědec, profesor Russell Morris z University of St Andrews ve Skotsku, a polovinu týmu tvoří cizinci. „Mezinárodní spolupráce a často i dlouhé vědecké diskuse s profesorem Morrisem a dalšími členy mezinárodní vědecké rady o nejnovějších výsledcích výzkumů či dalším směřování centra CUCAM jsou nedocenitelné,“ shrnuje Nachtigall. Do patnáctičlenného týmu se jim také podařilo získat řadu mladých a velmi perspektivních spolupracovníků. „Vidíme v nich velkou naději,“ říká profesor Čejka.

„Také mě těší, že se nám daří navazovat kontakty s firmami, které mají zájem, abychom pro ně nové materiály přímo vyvíjeli, čímž směřujeme k většímu průmyslovému využití,“ dodává Čejka. Podle vědců z centra CUCAM je největším úskalím spolupráce s praxí to, aby je společnosti vůbec vyslechly. „Nejtěžší je přesvědčit firmy, že jim máme co nabídnout a že se vyplatí do nás investovat. Ale daří se nám to,“ komentuje Jiří Čejka.

Atomární rozlišení

Unikátní byla i samotná výzva, protože úspěšným týmům dala obrovský rozpočet a až polovina mohla jít na investice, což v jiných grantech nebývá. Cílená investice 215 milionů korun tak na pražském Albertově dala vzniknout opravdu špičkově vybavenému centru. „Díky tomu, že kromě zeolitů studujeme i další pokročilé materiály, využíváme tuto unikátní výzkumnou infrastrukturu opravdu na maximum. Metody studia nových materiálů jsou univerzální, a tak dochází k opravdu efektivnímu využití investovaných prostředků,“ doplňuje Ivan Němec, další z členů týmu CUCAM. Zatím posledním a zároveň největším přírůstkem do technického vybavení byl speciální elektronový mikroskop, který vědcům umožní „vidět“ až na úroveň jednotlivých atomů.

Otevřeni úspěchům

„Ve vědě je velmi důležité vnímat i jevy, které původně nebyly prvotním cílem vašeho pozorování a mohou být i zajímavější než původně vytčené cíle,“ říká Němec. To, že štěstí přeje připraveným, potvrzuje i Jiří Čejka. „Jednou například konkurenční laboratoř publikovala experimenty, kdy se jim podařilo zeolit rozložit na jednotlivé desky, ale oni to nepochopili. My jsme jejich výsledků využili a celou oblast přípravy nových zeo litů jsme posunuli na úplně novou úroveň,“ popisuje jeden z velkých úspěchů.

V letošním roce vědci z centra CUCAM očekávají kromě nových zeolitů i velmi zajímavé výsledky v oblasti propojení strojového učení a teoretické chemie. „Strojové učení je neuvěřitelně mocný nástroj, který nám dovolí dělat věci až o tři řády rychleji. Studujeme, jak se systémy chovají za extrémních podmínek - řadě věcí stále nerozumíme a dříve jsme neměli možnosti, jak to studovat, chyběl nám výkonný software i nástroje,“ nastiňuje Nachtigall, co teď umožní strojové učení.

Finanční podpora projektu skončí v roce 2022, poté bude následovat pětileté období udržitelnosti. „Pevně doufám, že centrum bude pokračovat i poté. Já v té době třeba už půjdu do důchodu, ale věřím, že mladí budou pokračovat. Byla by škoda, aby tak dobře vybavené centrum zaniklo,“ uzavírá profesor Čejka. S pokračováním centra se počítá i při plánované výstavbě nového Kampusu Albertov.

Autorka: Pavla Hubálková

Foto: Hynek Glos

Článek vyšel na webu a v tištěném vydání týdeníku Hrot.

Zeolity

Patří do skupiny přírodních i syntetických materiálů, někdy se jim říká molekulová síta. Zeolity představují nejdůležitější průmyslové katalyzátory, které nalezly rozmanité využití například při zpracování ropy nebo v syntéze speciálních chemikálií. Využívají se i v adsorpčních procesech, zemědělství, medicíně a nahradily fosforečnany v pracích prášcích. Jejich velkou výhodou je, že neškodí životnímu prostředí.