V roce 2020 vzniklo propojení mezi ostravskou Přírodovědeckou fakultou a španělskou Universidad de Alicante. Tehdejší diplomantka Katedry chemie Lucie Zelená řešila otázky spjaté s adsorpcí (tj. vázáním) plynů na povrchu materiálů. Na doporučení svého vedoucího práce doktora Tomáše Zelenky absolvovala ve Španělsku několikaměsíční stáž, která přerostla v mnohem hlubší spolupráci. Po několika letech ověřování hypotéz se nedávno česko-španělský tým pochlubil svými závěry světu.

Co konkrétně jste se španělskými kolegy zjistili?

Troufám si tvrdit, že se nám po letech ověřování povedlo dát dohromady data, která nabízejí detailnější vhled do problematiky nízkotlaké hystereze (Low-Pressure Hysteresis, zkráceně LPH). Právě ta se může objevit na tzv. adsorpčních izotermách, které často slouží k určování porozity nanoporézních materiálů.

Proč jste se zaměřili právě na tuto problematiku?

To je prosté, jednak při své práci chceme minimalizovat chyby při měření, jednak jsme měli náznaky, že nízkotlaká hystereze se může odvíjet od toho, jak se se vzorkem zachází před měřením.

Můžeš to zacházení trochu rozvést?

Záviset to může např. na tom, jak jej odplyníme (tj. vysušíme), nebo jak moc jej podrtíme či v některých případech také dle, toho jakou teplotu měření zvolíme. Ukázalo se, že pro část vzorků vybraných ke studii, ať už syntetických nebo přírodních, je zásadní zvolená teplota odplynění. To probíhá ve vakuu a za zvýšené teploty, aby se porézní systém ‚vyčistil‘ před měřením od adsorbovaných ‚nečistot‘ – například od vlhkosti adsorbované ze vzduchu. Kromě toho jsme pracovali s předpokladem, že nízkotlaká hystereze je způsobena také objemovými změnami materiálů, ke kterým může docházet při adsorpci molekul plynů do porézního systému materiálů, což může vést například k jejich „bobtnání“. Tato hypotéza se nakonec pro zvolené materiály nepotvrdila, přestože jsme do materiálů zkusili adsorbovat oxid uhličitý, který se při relativně vysokých teplotách, konkrétně v rozmezí 5–40 °C, obvykle dobře adsorbuje.

Co tedy vašemu týmu ve zkratce měření ukázalo?

To, že nízkotlaká hystereze je sice menší, ale přetrvává i při takto vysokých teplotách měření. U těchto vzorků je nízkotlaká hystereze zapříčiněna kinetickými omezeními při sorpci plynů. To znamená, že porézní systém je špatně dostupný pro molekuly plynů.

Jak si to můžeme představit?

Kdybychom byli molekulami plynů, tak asi jako snahu projít velmi hustým lesem. Když jdeme a prodíráme se mezi stromy, tak se na druhou stranu dostaneme za mnohem delší čas, než kdybychom stejnou vzdálenost zdolávali vzdušnou čarou. (smích)

Na co jste se zaměřili při výběru materiálů pro studii?

Na pět různých typů uhlíkových vzorků, které zahrnovaly jak syntetické, tak přírodní materiály, včetně přírodního uhlí. Tento rozmanitý výběr nám umožnil prozkoumat široké spektrum porézních struktur a chemických vlastností, což bylo zásadní pro analýzu nízkotlaké hystereze. Důležité pro nás bylo také vybrat vzorky, které byly již dříve testovány, abychom pracovali s materiály, jež jsme měli možnost zkoumat z různých hledisek.

Bylo testování náročné?

Naše studie zahrnovala rozsáhlé testování, které zahrnovalo desítky různých experimentů na různých materiálech a za různých podmínek. Každý vzorek jsme testovali při různých teplotách a podmínkách odplynění, což nám poskytlo dostatek dat pro analýzu LPH a určení porozity. Použili jsme různé techniky, jejichž výsledky nám poskytly komplexní pohled na to, co se s jednotlivými materiály děje během adsorpce plynů a jak to souvisí s LPH. To by bez vzájemné spolupráce samozřejmě nešlo.

Může vaše studie něco změnit?

To ukáže až čas, protože jedno z našich doporučení může v odborných kruzích vyvolat určitou kontroverzi. (odmlčí se)

Jakou?

Doporučujeme totiž, aby vědci vysušovali cílové materiály při co nejvyšších teplotách, i když to může znamenat ztrátu funkčních skupin na povrchu těchto materiálů. Teprve přijetím tohoto „kontroverzního přístupu“ můžeme získat relevantní údaje o porozitě zkoumaných materiálů. Je však důležité mít na paměti, že s teplotou je třeba zacházet opatrně, jinak může dojít k degradaci porozity, zejména pokud mají funkční skupiny stabilizační úlohu.

Kde s kolegy vidíš největší přínos studie?

Naše praktická doporučení mohou přispět k optimalizaci experimentálních podmínek a minimalizovat zkreslení dat při měření. Tím navíc mohou napomoci k optimalizaci porézních materiálů pro konkrétní využití – jako například pro výrobu dokonalejších porézních filtrů, katalyzátorů nebo materiálů pro zachycování skleníkových plynů a jejich dalšího využití.

Ty jsi absolvent naší Katedry chemie. Proč sis před lety vybral právě PřF OU?

Jsem absolvent chemické průmyslovky v Ostravě, takže volba byla přirozená. Neměl jsem v plánu se stěhovat z Ostravy.

Proč by podle tebe měli maturanti studovat zrovna na naší Katedře chemie?

Asi hlavně kvůli tomu, jak chemii učíme. Přece jen ta teorie je všude stejná, ale u nás ty skupiny studujících nejsou tak velké, takže se jim pak můžeme mnohem individuálněji věnovat.

Na co ty nejvíc vzpomínáš z dob svých studií?

Byla to skvělá doba plná zábavy se spolužáky! Jsem za tyto zážitky opravdu vděčný a rád na ně vzpomínám.

Kdy se ukázalo, že se budeš zaměřovat právě na porézní materiály?

Moje zaměření se začalo formovat během studia. Mým vedoucím bakalářské i diplomové práce byl docent Václav Slovák (pozn. autora spoluautor publikace), který mě k tomuto tématu nasměroval. Na doktorátu mě pak profesor Boleslav Taraba přivedl k charakterizaci porézních materiálů. Oběma jsem za toto nasměrování velmi vděčný a patří jim můj velký dík.

Co by podle tebe měl v sobě mít správný vědec?

Shrnul bych to do několika klíčových vlastností: zvědavost, kritické myšlení, schopnost spolupráce a dovednost efektivně komunikovat výsledky. A především trpělivost, protože vědecký výzkum často přináší více neúspěchů než úspěchů.

Co tě žene v práci dál?

Zkrátka a jednoduše mě to baví!