Nová kapitola učebnic elektrochemie. Objev českých výzkumníků ovlivní vývoj inteligentních materiálů

Filip Šára; novinky.cz

Celý článek zde

Vývoj inteligentních materiálů pro lékařství či elektroniku v elektrochemii může ovlivnit objev vědců z Česka a Francie, kteří zpochybnili jednu z dosavadních zásad o manipulaci s elektrony. Nový objev zahrnuje způsob víceelektronového přenosu, který vyžaduje méně energie.

Ve středu o novém objevu informoval Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR. Výsledky výzkumu, které zpochybňují jednu ze základních zásad elektrochemie týkající se manipulace s elektrony, publikoval nedávno odborný časopis Angewandte Chemie.

Vědci vytvářejí inteligentní materiály různými způsoby. Konkrétně elektrochemici využívají manipulaci s elektrony. Ta jim umožňuje nakonfigurovat požadované vlastnosti inteligentních materiálů pro různorodé technologické aplikace.

Elektrochemie
Elektrochemie je obor chemie, který zkoumá procesy probíhající na rozhraní elektrod (kovových, polokovových, grafitových) a elektrolytu. Jedná se o obor zabývající se systémy, v nichž je alespoň jedna složka přítomna ve formě iontů.

Elektrochemie se zabývá vznikem elektricky nabitých částic v roztocích, elektrickou vodivostí roztoků, průběhem chemických reakcí vyvolaných elektrickým proudem, přeměnou elektrické energie na chemickou a obráceně či korozí kovů. Jedním ze stěžejních pokusů v elektrochemii jsou elektrody ponořené do elektrolytu, kde vlivem disociace rozpuštěné látky vznikají ionty schopné vést elektrický proud. Elektrolyty jsou především kyseliny, zásady a soli.

Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR nyní objevil ve spolupráci s Pařížskou univerzitou nový způsob víceelektronového přenosu, který vyžaduje méně energie.

Flexibilita molekuly
Tým Magdalény Hromadové z Oddělení elektrochemie v nanoměřítku v ústavu studuje chemické reakce, při kterých se v molekulách přijímají či odevzdávají elektrony. Vědci se při jednom z pokusů zaměřili na typ molekul tvořených dvěma tzv. redoxními centry.

Redoxní centrum je specifická část molekuly, kde dochází k redoxním reakcím, tedy k přenosu elektronů. Badatelé tedy pracovali s typem molekul tvořených dvěma redoxními centry, které jsou vzájemně propojené nevodivým alifatickým řetězcem – organickými sloučeninami, jež jsou tvořeny atomy uhlíku.

Vědci dosud předpokládali, že alifatický řetězec blokuje komunikaci mezi těmito centry v molekule, tudíž při přenosu náboje každé redoxní centrum naváže svůj vlastní elektron. Nové výsledky však ukázaly, že řetězec umožňuje komunikaci mezi centry.

„Pomocí kvantově-chemických výpočtů jsme ukázali a pokusy ověřili, že elektrony nebyly lokalizované v jednotlivých redoxních centrech, ale obě centra je sdílela společně v nově vzniklém orbitalu. K přijetí druhého elektronu bylo zapotřebí menší množství energie. Oproti předpokladu navíc vznikla jiná molekula,“ vysvětlila Hromadová.

Objev má potenciál ovlivnit tvorbu nových inteligentních materiálů, např. molekulárních přepínačů, které patří mezi stavební prvky nanosvěta. Tyto přepínače se uplatňují v genetice, lékařství či elektronice.

„Článkem v časopise Angewandte Chemie chceme vyzvat kolegy a kolegyně z oboru elektrochemie, aby vzali pozorovaný jev v úvahu při svém bádání a designování nových funkčních materiálů,“ dodala Hromadová.
 

Uvedený výzkum prováděli vědci v projektu AMULET, který získal finanční podporu z Operačního programu Jan Amos Komenský ministerstva školství a je spolufinancován z fondů Evropské unie.