Trzy zespoły badawcze z Polski znalazły się w gronie laureatów konkursu organizowanego przez sieć Solar-Driven Chemistry. Oprócz udziału w przedsięwzięciach koordynowanych przez zagranicznych partnerów, Polacy pokierują także jednym z projektów.
Tematyka konkursu skupiała się wokół zagadnień związanych z transformacją małych cząstek (np. wody, dwutlenku węgla, azotu) w bardziej skomplikowane układy pod wpływem światła słonecznego. Złożono w sumie 47 wniosków badawczych. Finansowanie w wysokości 4,6 mln euro otrzymało sześć projektów, w tym trzy z udziałem polskich naukowców.
Koordynatorem jednego ze zwycięskich projektów będzie prof. dr hab. Marcin Opałło z Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN. Wraz z partnerami z Finlandii i Szwajcarii jego zespół zajmie się fotoprodukcją wodoru w układzie dwufazowym z odtwarzaniem donora elektronów. Chodzi o układy fotoelektrochemiczne, w których wodór wytwarzany jest na granicy pomiędzy wodą a olejem (organicznym rozpuszczalnikiem niemieszającym się z wodą). Kropelki oleju zawierają cząsteczki zwane donorami elektronu. Pod wpływem światła słonecznego generują one wodór na granicy faz woda-olej. Ze względu na to, że zużywają się w tym procesie, zostaną zregenerowane na elektrodzie będącej w kontakcie z olejem. Ten ostatni proces też będzie napędzany światłem, a dokładnie elektrycznością wytwarzaną w panelach fotowoltaicznych. Kropelki oleju zostaną osadzone na powierzchni elektrody lub zawieszone w wodzie (jak w mleku) gdzie będą zderzać się z elektrodą. W innym wariancie w celu regeneracji taka emulsja będzie pompowana przez kanał z elektrodami. Planowane jest skonstruowanie i zbadanie kilku nowych układów, która mają generować wodór z dużą wydajnością, m.in. z powodu regeneracji donora elektronów.
W tym samym instytucie realizowany będzie projekt SolarMethaChem, w którym uczestniczyć będzie zespół kierowany przez dr hab. Dorotę Rutkowską-Żbik. Liderem przedsięwzięcia jest francuski CNRS-UCCS, a trzecim konsorcjantem będzie Uniwersytet w Helsinkach. Uczeni będą badali procesy wywoływanie światłem słonecznym dla fotochemicznej konwersji metanu. Głównym przedmiotem prac będzie usprawnienie procesu z udziałem układu fotochemicznego na podstawie kompozytów heteropolikwas – TiO2. Reakcja zachodzi zgodnie z mechanizmem rodnikowym i zakłada udział silnie rozproszonych nanocząstek metali na heteropolikwasach. Systemy oparte na Ag wykazały wyjątkowo wysoką aktywność i selektywność do etanu, sięgającą 90%. Regeneracja układu w obecności promienienia powoduje odwracalne utlenianie małych metalicznych skupisk srebra w kationy srebra. Proces można prowadzić w sposób ciągły przy użyciu „pętli fotochemicznej”. Uzyskana wydajność etanu z metanu w tych warunkach jest bliska 10%. Celem badań będzie nanoinżynieria nowych wydajnych materiałów do wydajnego utleniającego sprzęgania metanu z etanem i wyższymi węglowodorami, identyfikacja mechanizmów reakcji sprzęgania metanu oraz optymalizacja reaktora fotochemicznego i warunków pracy. Projekt zaplanowano na 3 lata.
Z kolei zespół prof. dr. hab. Wojciecha Macyka z Zakładu Chemii Nieorganicznej, prodziekana Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego – obok badaczy z Uniwersytetu w Ulm (lider) i Uniwersytetu w Helsinkach – weźmie udział w projekcie „Inżynieria granic międzyfazowych materiałów półprzewodników dla wysoko selektywnych transformacji chemicznych indukowanych światłem”. Ma on na celu zbadanie możliwości kontroli selektywności w procesach foto(elektro)katalitycznych poprzez inżynierię powierzchni półprzewodnik/rozpuszczalnik lub półprzewodnik/gaz. Reakcje foto(elektro)katalityczne to procesy indukowane energią słoneczną, które można wykorzystać do produkcji paliw słonecznych, chemikaliów lub do oczyszczenia wody i powietrza. Niestety, wydajność dotychczas opracowanych heterogenicznych, selektywnie działających fotokatalizatorów jest wciąż stosunkowo niska, a czynniki rządzące selektywnością w fotokatalizie heterogenicznej są nadal słabo poznane. Dlatego naukowcy chcą opracować nowe i bardziej wydajne foto(elektro)katalizatory do różnych bardzo atrakcyjnych reakcji chemicznych (np. selektywnego utleniania alkoholi i tioeterów, redukcji tlenu do nadtlenku wodoru, czy redukcji dwutlenku węgla). Osiągną to poprzez połączenie prac syntetycznych (np. zastosowanie metody osadzania warstw atomowych), badań fotoelektrochemicznych, spektroskopowych (np. pomiary absorpcji/fluorescencji stanów przejściowych, pomiary fotoprądów i fotonapięć, zastosowanie metod spektroelektrochemicznych) i badań teoretycznych.
Solar-Driven Chemistry to inicjatywa niemieckiej agencji finansującej badania – Deutsche Forschungsgemeinschaft, dotycząca przeprowadzenia pilotażowego międzynarodowego konkursu na projekty z zakresu badań podstawowych w obszarze solar-driven chemistry. W inicjatywie biorą udział agencje finansujące badania z Finlandii, Francji, Niemiec, Polski (Narodowe Centrum Nauki) oraz Szwajcarii.
MK, źródło: NCN