Defekty jako chemické pasti pro ukotvení atomů kovů – cesta k nové generaci fotokatalyzátorů
Účinné a stabilní chemické ukotvení jednotlivých atomů kovů pro aplikace v katalytických a energetických technologiích představuje jednu z největších výzev současného materiálového výzkumu. Výzkumníci CATRIN se v posledních letech intenzivně věnují právě vývoji nových metod navázání kovů ve formě jednotlivých atomů a řízení vlastností vzniklých nanomateriálů.
Jako vhodné povrchy využívají chemicky upravený grafen (např., Bakandritsos et al. Adv. Mater. 31, 1900323, 2019; Kadam et al. Small 17, 2006477, 2021) a nitrid uhlíku (např., Zuo et al. ACS Nano 15, 7790-7798, 2021; Sharma et al. Small 17, 200647, 2021) zejména pro aplikace v heterogenní katalýze a elektrokatalýze. Fotoelektrochemická skupina CATRIN pod vedením Patrika Schmukiho se zaměřuje na zvýšení účinnosti tradičních fotokatalyzátorů zabudováním vzácných kovů do sofistikovaně vytvořených defektů ve struktuře oxidu titaničitého (Hejazi et al. Adv. Mater. 32, 1908505, 2020).
V nedávné práci publikované v časopise Advanced Functional Materials tým vědců z CATRIN a německého Erlangenu ukázal nové možnosti vytvoření defektů ve struktuře TiO2 prostřednictvím vysokého stupně stresu v průběhu teplotní krystalizace nanotrubic oxidu titaničitého. Ve vzniklých defektech, tedy jakýchsi chemických pastech, vykazují atomy titanu snížený náboj v důsledku kyslíkových vakancí v jejich okolí. Tyto povrchové defekty dokáží velmi účinně ukotvit atomy iridia, což vede k výraznému zvýšení účinnosti fotokatalytického štěpení vody, a to při velmi nízké koncentraci iridia (pod 0.5 %at). Práce potvrzuje obrovský aplikační potenciál povrchového inženýrství na úrovni jednotlivých atomů pro vývoj nových typů (foto)katalyzátorů uplatnitelných v řadě oblastí včetně energetiky, farmacie či chemického průmyslu.
