Sciencemag.cz
Related Articles
Jednoatomové katalyzátory (SACs, single-atom catalysts) představují významný pokrok v oblasti katalýzy. Díky svým jedinečným vlastnostem – jako je maximální využití kovových atomů, vysoká selektivita a snadná separace – slibují účinnější a udržitelnější chemické procesy. Jejich praktické využití však naráží na zásadní výzvu: jak stabilizovat jednotlivé atomy na vhodném nosiči tak, aby si materiál zachoval vysokou katalytickou aktivitu i za provozních podmínek.
Jak najít rovnováhu mezi vysokou katalytickou aktivitou a dlouhodobou stabilitou? Vědecký tým z IT4Innovations zkoumal právě tento kompromis v souvislosti s jednoatomovými katalyzátory. Zaměřili se na dusíkem dopovaný grafen, slibný nosič pro jednoatomové katalyzátory umožňující účinnější a ekologičtější chemické reakce. „Pomocí superpočítačových simulací jsme zkoumali, které typy vakancí nejlépe stabilizují jednotlivé atomy železa, a zároveň jsme se věnovali dosud ne zcela vyřešené otázce: kompromisu mezi katalytickou aktivitou a dlouhodobou stabilitou,“ vysvětluje Rostislav Langer.
Tým ve složení Dagmar Zaoralová, Rostislav Langer a Michal Otyepka z Laboratoře modelování pro nanotechnologie IT4Innovations zjistil, že některé konfigurace železa na dusíkem dopovaném grafenu – přestože nejsou termodynamicky nejstabilnější – vykazují výrazně vyšší katalytickou účinnost při redukci oxidu uhličitého.
Tato studie, která byla přijata k publikaci v prestižním časopisu ACS Sustainable Chemistry & Engineering, přináší nové poznatky pro vyvážení aktivity a stability v SAC systémech a otevírá cestu k vývoji účinnějších a odolnějších materiálů budoucnosti. „Do budoucna bychom se chtěli zaměřit na širší škálu kovů, různé typy katalytických reakcí a také zapojit metody strojového učení. Tyto přístupy nám mohou pomoci lépe porozumět základním principům fungování jednoatomových katalyzátorů a urychlit vývoj cílených a účinnějších materiálů,“ dodává Dagmar Zaoralová.
Odborný článek: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.5c01417
