META-CAT: Světlem poháněná biorafinerie využívající metakatalyzátory

Číslo projektu: ERC CZ (LL1903)
Hlavní řešitel: Alberto Naldoni, Ph.D.
Období realizace: 2019-2021;
Rozpočet: 590 000 EUR

Rozvoj konkurenceschopných řešení pro výrobu paliv ze slunečního záření, vody nebo CO2 je nezbytným předpokladem pro přechod světového hospodářství k energeticky udržitelnému modelu. Pokrok v syntéze solárních paliv je však významně omezen limity dostupných materiálů. Proto je nutné zaměřit se na vývoj nové kategorie nanokatalyzátorů s rozšířenými vlastnostmi, které budou rozšiřovat možnosti dostupných technologií. Cílem projektu hraničního výzkumu META-CAT je představit tzv. metakatalyzátory, novou třídu katalyzátorů s nastavitelnou účinností a selektivitou. Jejich vlastnosti mohou být řízeny a optimalizovány in situ v průběhu chemických reakcí, překonávají tedy vnitřní omezení jednotlivých materiálů. V rámci projektu budeme syntetizovat metakatalyzátory s přesnými optickými a tepelnými vlastnostmi, které budou tvořeny z plazmonických metamateriálů a nanokrystalických katalyzátorů sestavených s nanometrickou přesností v jediném integrovaném systému. Představte si nanokrystaly umístěné uvnitř plazmonické nanodutiny, které umožňují nastavitelné interakce se substráty nebo kovovými nanokrystaly a tím pádem i kontrolu katalytické aktivity metakatalyzátoru. V rámci projektu META-CAT budeme také konstruovat metakatalyzátory s nastavitelnou účinností pro produkci H2 pomocí fotoreformace biomasy, které budou schopny rozptýlit selektivitu vůči jednomu nebo druhému produktu během elektroredukce CO2. K identifikaci kroků určujících rychlost těchto reakcí budeme používat chemické kvantové výpočty a definujeme, jakým způsobem jsou narušeny každým plazmonickým efektem. Tyto poznatky nám umožní vykreslit vztahy mezi strukturou a aktivitou, které dále využijeme jako podklad pro návrh metakatalyzátorů s efektivitou na úrovni nejmodernějších technologií. Metakatalyzátory umožní vzniknout ultra-kompaktním přenosným zařízením pro decentralizovanou syntézu paliv v biorafinériích pohánených světelným zářením, jejichž efektivita a selektivita by mohla být nastavena dle aktuální potřeby.