Výzkumné projekty a granty

Řešené projekty

CASCATBEL – Příprava biopaliv z lignocelulózy pomocí kaskádových deoxygenačních procesů probíhajících na nanokatalyzátorech

FP7-NMP-2013-LARGE-7, 2013-2017, SP1-Cooperation, Collaborative project GA No. 604307.

2013-2017

Cílem projektu je vývoj vícekrokové technologie zpracování biomasy na biopaliva druhé generace. Tato technologie je založena na postupné aplikaci tří typů chemických reakcí: pyrolýzy, deoxygenace a hydrodeoxygenace. Jednotlivé kroky vyžadují použití různých katalyzátorů. Nalezení optimálních nano-katalyzátorů pro jednotlivé reakční kroky je hlavním úkolem projektu. Projekt je řešen v rámci spolupráce 18 týmů (4 výzkumných ústavů, 7 univerzit, 5 velkých průmyslových podniků a 2 SME) z 10 evropských zemí.

Naše role v projektu: teoretické studium struktury a vlastností relevantních katalyzátorů – kovových nanočástic a nanočástic oxidů kovů na vhodných podložkách (zeolitech a aktivním uhlíku). Studium mechanismů katalyzovaných deoxygenačních reakcí.

Projekt ve spoluprácí s Univerzitou Pardubice (experimentální část projektu, Doc. Bulánek) a ÚOCHB AV ČR (Dr. Bludský)

Vývoj nových nanoporézních adsorbentů a katalyzátorů

Centrum excelence GA ČR, Projekt P106-12-G015

2012-2017

Hlavním cílem projektu je návrh a příprava nových nanoporézních materiálů a studium jejich adsorpčních a katalytických vlastností a možnosti bioaplikací. Zeolity, uspořádaná mesoporézní molekulová síta a mikroporézní organicko-anorganické hybridní systémy budou tvořit materiální základnu projektu. Zvláštní pozornost bude zaměřena na novou skupinu lamelárních zeolitů, vykazujících mikro i mesoporozitu. Strategie projektu vychází z multidisciplinárního víceúrovňového přístupu: (i) syntéza nových materiálů s podrobnou charakterizací spojenou s modelováním, (ii) cílený návrh materiálů, jejich příprava, testování a využití. Spojení experimentálních technik (difrakce, spektroskopie, mikroskopie, adsorpce, atd.) s teoretickými výpočty umožní získat klíčové informace, na jejichž základě budou navrženy a následné připraveny nové nanoporézní materiály nikoliv metodou pokusů a omylů, ale díky cílenému návrhu těchto materiálů s optimálními vlastnostmi.

Na projektu spolupracují experimentální a teoretické skupiny z celkem 5 pracovišť: Prof. J. Čejka - řešitel (ÚFCH JH, AV ČR), Doc. R. Bulánek (Univerzita Pardubice), Dr. D. Kubička (VÚAnCh), Dr. O. Bludský (ÚOCHB AV ČR) a naše skupina.

Naše role v projektu: teoretické stadium vlastností relevantních materiálů studovaných paralelně experimentálními spoluřešitelskými týmy, studium mechanismů chemických reakcí, návrh nových materiálů pro katalýzu a adsorpci.

Kombinované experimentální a teoretické studium katalytických vlastností krystalických porézních organokovových materiálů

GA ČR, Projekt 14-07101S

2014-2016

Projekt je zaměřen na studium katalytických vlastností krystalických porézních organokovových materiálů (Metal Organic Frameworks). Na základě kombinované experimentální a teoretické studie budou identifikovány vhodné katalyzátory pro konkrétní chemické reakce (alkoxylace, aldolové kondenzace, transesterifikace a reakce aminů). Experimentální část studie bude sestávat z důkladné charakterizace materiálů (XRD, elektronová mikroskopie, adsorpční experimenty, FTIR) a z testování katalytické aktivity v katalytické aparatuře. Komplementární teoretická studie stejných reakcí a materiálů umožní interpretaci experimentálních spektroskopických a adsorpčních charakteristik na atomární úrovni a přispěje k porozumění podstaty katalytické aktivity studovaných materiálů a k objasnění mechanismů studovaných katalyzovaných reakcí.

Na projektu spolupracují experimentální a teoretické skupiny z celkem 3 pracovišť: Prof. J. Čejka (ÚFCH JH, AV ČR), Dr. O. Bludský (ÚOCHB AV ČR) a naše skupina v roli řešitele.

Naše role v projektu: teoretické stadium vlastností koordinačních polymerů zejména vlastností jejich katalytických center a stadium mechanismů chemických reakcí.

Ukončené projekty

Kombinované teoretické a experimentální studium interakce molekul se zeolity: adsorpce, separace a uchovávání plynů

GA ČR 203/09/0143

2009-2012

Projekt ve spolupráci s Univerzitou Pardubice (experimentální část projetu, Doc. Bulánek) a ÚOCHB AV ČE (Dr. Bludský)

.

Cílem projektu je získat nové informace (s atomárním rozlišením) o struktuře, stabilitě a vibrační dynamice komplexů vniklých adsorpcí molekul na mimomřížkových kationtech v zeolitech. Předmětem výzkumu bude studium interakce molekul důležitých z hlediska uložení a přenosu energie (H₂) nebo environmentálního významu (CO₂). Rovněž bude studována adsorpce technologicky důležitých molekul z hlediska jejich separace a čištění (uholovodíky). Kombinace experimentálních a teoretických přístupů umožňuje lepší porozumnění experimentálních dat. Projekt se zaměří na interpretaci FTIR spekter využívaných k charakterizaci systémů a mikrokalorimetrii užívanou pro přesné měření adsorpčních tepel. Lze očekávat, že kombinace experimentálních a teoretických přístupů nám umožní pochopit příčiny rozdílů v adsorpčních enthalpiích pozorovaných pro zdánlivě podobné materiály. Tyto znalosti dále napomohou k navržení optimálních materiálů pro studované procesy.

Využití materiálů typu MOF v katalýze a adsorpci

7. RP EU NMP-LA-2009-228862

2009-2013

EU projekt garantovaný společností TOTAL, ve spolupráci s řadou univerzit (např., Montpellier, Madrid, Paris, Leuven, Porto, Kiel, Edinbourgh)

.

Materiály typu MOF byly objeveny teprve nedávno a jejich vlastnosti a potenciální aplikace se v současné době intenzivně studují. MOF je materiál, který vzniká pravidelným propojením anorganických vertexů s organickými molekulami. Na obrázku je znázorněna jedna z nejznámějších struktur tohoto typy, MOF-5, vzniklá propojením (OZn₄)⁶⁺ s benzen-1,4-dikarboxylátem. V současné době je známa celá řada vhodných anorganických vertexů a organických linkerů, které jsou schopny vytvářet pravidelné trojrozměrné struktury. Tyto materiály jsou studovány jednak vzhledem k jejich schopnosti vázat molekulární vodík, zachytávat CO2, jednak vzhledem k jejich potenciálnímu využití v heterogenní katalýze, a jednak vzhledem k jejich magnetickým a optickým vlastnostem. Cílem projektu je navrhnout potenciální využití takovýchto materiálů na základě kombinovaného experimentálního a teoretického studia.

Studium mezimolekulových interakcí v molekulových krystalech a proteinech

GA ČR P208/10/0725

2010-2013

Projekt ve spoluprácí s ÚOCHB AV ČR (Dr. Bludský)

Fyzikálně korektní popis patrových interakcí je zcela zásadní pro pochopení struktury a vlastností biologicky relevantních systémů, jako jsou např. DNA, RNA nebo proteiny. Interakce v těchto sytémech jsou dány velmi jemnou rovnováhou disperzních, elektrostatických a výměnných sil, což je situace nepříliš příznivá pro běžně používané metody kvantové chemie založené na lokálních funkcionálech hustot (LDA, GGA). Četné příklady selhaní DFT výpočtů lze najít v organických (aromatických) krystalech nebo grafitických nanomateriálech s intermolekulárními π-π interakcemi. Řešením tohoto problému může být DFT/CCSD(T) korekční metoda vyvinutá na našem pracovišti. Tato metoda nabízí možnost velmi přesného popisu π-π interakcí v molekulových krystalech a byla již úspěšně testována na řadě teoreticky i experimentálně dobře prostudovaných systémů (grafit, benzen, C₆₀). Hlavní důraz tohoto projektu je kladen na další vývoj teoretických metod pro přesný popis patrových interakcí v modelových molekulových krystalech, které budou dále využity např. pro charakterizaci mezimolekulových interakcí proteinů.

Modelování fyzisorpce vodíku a skleníkových plynů v porézních materiálech

Amvis - CONTACT, ME10032

2010-2012

Projekt pro spolupráci s University of Pittsburgh (Prof. K. D. Jordan); ve spoluprácí s ÚOCHB AV ČR (Dr. Bludský)

.

Projekt "Modelování fyzisorpce vodíku a skleníkových plynů v porézních materiálech" je zaměřen na vývoj obecné metodiky pro ocenění vlastností porézních materiálů z hlediska jejich využití pro separaci a ukládání plynů. Řešení projektu je založeno na kombinovaném teoretickém a experimentálním studiu interakce environmentálně a technologicky důležitých plynů (H₂, CO₂, CH₄, H₂O) s povrchy dopovaných uhlíkatých nanomateriálů, funkcionalizovaných polymerů, zeolitů a jejich silikátových analogů. Plánované studie umožní získat detailní informace o struktuře a vlastnostech fyzisorbovaných komplexů na atomární úrovni a porozumnět vztahu mezi strukturou a složením materiálů a jejich schopností vázat studované plyny.