Pro vyřešení komplexních problémů, kterým čelí současná společnost, jako jsou efektivní a cenově dostupné energetické zdroje, technologie pro účinné skladování energie, výkonné katalyzátory a náhrada strategických kovových materiálů pro senzory a terapii, se naši výzkumníci zaměří na návrh, syntézu a aplikace nových materiálů založených na jednoatomovém inženýrství. Tyto pokročilé materiály označované jako Single-Atom Engineered Materials (SAEM) nabídnou zcela nové vlastnosti a příležitosti. Pro přípravu SAEM, tj. materiálů precizně dopovanými na úrovni jednotlivých atomů a s elektronickými vlastnostmi ušitými na míru pro různé aplikace, vyvinou a využijí přesné a robustní nástroje pro racionální, počítačem podporovaný design. Kombinace experimentů a výpočetních metod povede k pochopení vztahů mezi strukturou, vlastnostmi a funkcí SAEM, což je nezbytné nejen pro jejich cílený design ale také pro efektivní uplatnění v praxi. Samotný design bude cílit na vývoj bezpečných a udržitelných materiálů. Vědci posoudí nejen toxicitu či bezpečnost připravovaných materiálů, ale i jejich přijetí ve společnosti a sociální dopady. Současně navrhnou i strategie pro boj s tzv. fake news, které by vnímání nových technologií mohly negativně ovlivnit.
Senzing, biosenzing a biomedicína
Klíčový vědec: prof. RNDr. Martin Pumera, Ph.D.
Výzkumníci se budou věnovat výzkumu nové třídy materiálů založených na jednoatomovém inženýrství, které budou mít zásadní význam pro přípravu spolehlivých a cenově dostupných senzorů v oblasti životního prostředí, biomedicíně a biomedicínských terapiích. Cílem je vytvořit materiály, které budou schopny efektivně reagovat na přítomnost různých látek, pracovat v různých prostředích a odolávat rušivým vlivům. Využití několika specifických atomů prostřednictvím SAEM umožní multiplexní detekci analytů. Pro splnění potřeb POC (z angl. Point-of-Care) detekce až na úroveň jednotlivých objektů (molekuly, biomolekuly) bude výrazně zvýšena citlivost, selektivita a robustnost biosenzorů s cílem snížit objemy vzorků na minimum. Toho vědci dosáhnou pomocí jednoatomového inženýrství aktivních multiplikátorů signálu, tj. nanozymů. Jednoatomové inženýrství umožní rovněž vývoj vysoce specifických terapeutických látek.
Katalýza
Klíčový vědec: prof. Jiří Čejka, PřF UK
Cílem vědců je nalézt technologické řešení nových katalytických procesů. Design, syntéza a aplikace nových katalyzátorů založených na pokročilé anorganické, organické a hybridní podpoře v kombinaci s jednoatomovým inženýrstvím povede k přípravě katalyzátorů se zcela novými vlastnostmi a výkonem. Výzkumné aktivity se zaměří na syntézu jednoatomových katalyzátorů (SAC) založených na aktivních nosičích s řízenou koordinační sférou, detailní charakterizace strukturálních, chemických a elektronických vlastností pro optimalizaci SAC a na výzkum katalytické účinnosti SAC v náročných reakcích a mechanistických studiích. Tato témata nebyla dosud studována, neboť toto studium vyžaduje zcela nové vědecké přístupy a metodiky. Zkoumání stanoví nové výzvy pro dosažení průlomu v porozumění a účinnosti SAEM v katalýze, což povede ke změně paradigmatu v návrhu SAC nové generace a k patentovatelným výsledkům použitelným v průmyslové syntéze speciálních chemikálií.
Energie
Klíčový vědec: prof. Radek Zbořil
Vytvoření nové rovnováhy energetického řetězce je úzce spojeno s intenzivním úsilím o rozvoj udržitelných a účinných způsobů výroby, skladování a dostupnosti energie v obdobích vysoké poptávky. Výzkum se proto zaměří na vývoj nových materiálů na bázi jednotlivých atomů s cílem řešit problémy související s energetickou krizí, umožnit bezpečný přechod k technologiím s nulovými emisemi a najít řešení klíčová pro udržitelnou výrobu a skladování energie. Vědci budou zkoumat vlastnosti SAEM a jejich schopnost katalyzovat energeticky náročné reakce, jako je štěpení vody na vodík a kyslík, a výrobu chemických látek, jako je například peroxid vodíku a přispějí k udržitelné energetice. Současně budou vyvíjet techniky pro monitorování a popis reakčních mechanismů SAEM na povrchu elektrokatalyzátorů a fotokatalyzátorů, což je nezbytné pro návrhy nových systémů.