Nanomateriály a nanotechnologie nalézají stále větší uplatnění rovněž v chemické katalýze, fotochemii a (foto)elektrochemii. Slouží jako adsorbenty, membrány, senzory, optické, samočisticí a ochranné materiály aj. Výzkum syntézy, struktury a funkčních vlastností nanomateriálů a jejich technologických aplikací i efektivní přenos výsledků výzkumu do technologické praxe vyžaduje spolupráci výzkumných pracovišť Akademie věd ČR a vysokých škol a vytvoření přímé vazby mezi základním výzkumem a průmyslovými podniky. Aktivně se na tom podílí také Centrum pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií, které je součástí Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i., v Praze. Je vybaveno výkonnou přístrojovou a výpočetní technikou pro sofistikovanou syntézu, analýzu struktury a řízenou tvorbu funkčních vlastností nanomateriálů a pro vytváření předpokladů pro jejich technologické využití. Současně slouží jako vzdělávací a informační základna pro studenty všech úrovní, pro komerční sféru i pro širokou veřejnost. Centrum je součástí sítě spolupracujících tuzemských a zahraničních institucí a uživatelů a nejnověji koordinační pracoviště rozsáhlé výzkumné infrastruktury „Nanomateriály a nanotechnologie pro ochranu životního prostředí a udržitelnou budoucnost“. Hlavní směry výzkumu se zaměřují na: ❱❱ fotochemické a fotokatalytické procesy; ❱❱nové metody ochrany kulturního dědictví; ❱❱vývoj nanostrukturních katalyzátorů; ❱❱elektrochemické a fotoelektrochemické materiály. Vývoj nanostrukturních katalyzátorů Výzkum v oblasti katalytických procesů se zaměřuje na vývoj katalyzátorů, které jsou nezbytné pro výrobu palivových a petrochemických produktů, speciálních produktů pro výrobu léčiv a chemických specialit, a katalyzátorů, které transformují průmyslové a dopravní znečištění na látky nepoškozující přírodu. Vývoj katalyzátorů je založen na objasnění struktury, vlastností a dynamického chování nanostrukturovaných a hierarchických materiálů s využitím syntézy řízené v nanoměřítku. Řízení struktury aktivních center katalyzátorů na atomární úrovni umožňuje porozumět vztahům mezi strukturou materiálů a jejich katalytickými vlastnostmi. Fundamentální porozumění těmto vztahům se v centru využívá pro vývoj nových generací katalyzátorů nutných pro zachování udržitelnosti chemické výroby nenahraditelných produktů a pro vývoj procesů k ochraně životního prostředí. Příkladem realizovaného výzkumu může být vývoj vysoce účinného katalytického procesu pro likvidaci oxidů dusíku NOx, které zahrnují NO, NO2 a N2O. Ty jsou v současnosti považovány za jedny z nejnebezpečnějších látek znečišťujících vzduch. Způsobují kyselé deště, přispívají ke vzniku fotochemického smogu a mají škodlivé účinky na zdraví člověka. Emise NOx se v průmyslových zemích v posledních desetiletích regulují. Proces vyvinutý v centru dosahuje prakticky úplné likvidace všech NOx, jež vznikají při výrobě kyseliny dusičné, pomocí dvou integrovaných procesů selektivní katalytické redukce NO a NO2 a katalytického rozkladu N2O na izolovaných atomech železa jako aktivních centrech. Moderní elektrochemické a fotoelektrochemické materiály Výzkum v oblasti fotoelektrochemických materiálů ilustruje schéma solárního článku s grafenovou katodou a fotoanodou z barvivem senzibilizovaného nanostrukturního oxidu titaničitého, který je vyvíjen v Centru pro inovace. Alternativou senzibilizačního barviva je organokový perovskit, např. CH3NH3PbI3. Tyto solární články dosahují účinnosti konverze sluneční energie na elektrickou vyšší než 15 %. Svou cenou a účinností tak konkurují křemíkové fotovoltaice. Modifikované ethylsilikátové konsolidanty Materiály obecně vykazují různé funkční nedostatky, mj. křehkost, praskání. Ty jsou způsobeny vysokým kapilárním tlakem. Pomocí určité koncentrace některých katalyzátorů, např. oktylaminu, se tento problém daří úspěšně eliminovat. Pro požadovanou změnu charakteru výsledného materiálu se do reakční směsi přidávají nanočástice SiO2, TiO2, Ag a jiné. Tímto způsobem lze měnit nejen pružnost a pevnost vzniklého materiálu, ale také smáčivost povrchu či vytvořit samočisticí fotokatalytický materiál, event. materiál s biocidní aktivitou. K řízenému potlačení tvorby mikropórů a formování podstatně širších mezopórů se přidávají vhodné neionické polymerní surfaktanty o určité koncentraci nebo organické aminy s dlouhým alkylovým řetězcem. Role primárních aminů je komplexní. Uplatňují se jako katalyzátory i jako povrchově aktivní látky. Jak neionické polymerní surfaktanty, tak organické aminy podstatně snižují praskání gelu a spolu s nanočásticemi výrazně potlačují tvorbu mikroprasklin, což je určující pro pevnost gelu. /jr/