VĚDA A VÝZKUM
Autokatalýza má také potenciál zlevnit syntézu některých farmaceuticky významných sloučenin. „ Představte si reakci, při níž by autokatalytickým způsobem vznikla nějaká důležitá sloučenina potřebná pro výrobu léku. Mnoho sloučenin se při provádění reakce spoléhá na ”normální“ ka- talyzátory, ale co kdyby reakce produkovala také katalyzátor potřebný pro tuto reakci? “ Čím více studií se nám podaří zdokonalit po- mocí autokatalýzy, tím lépe pochopíme, jak ji lze využít k zefektivnění běžných chemických reakcí. „ Nikdy nevíte, jaké zajímavé aplikace se objeví při zodpovídání základních otázek, a proto je to tak užitečné, “ říká doktor Fahrenbach. „ Jedním z dalších kroků je začlenění této reakční sítě do ”protobuňky“, malé buňky, která nám může pomoci lépe pochopit, jak mohl ži- vot vzniknout za podobných podmínek na rané Zemi, “ říká doktor Fahrenbach. » www.unsw.edu.au VĚDCI NAŠLI NOVÉ CESTY K ŘÍZENÍ A OPTIMALIZACI ELEKTROCHEMICKÝCH PROCESŮ Optimalizace elektrochemických reakcí má zásadní význam pro přechod na obnovitelné zdroje energie. V elektrochemických reakcích se k vázání a vyvolání reakcí využívá elektrický proud a rozdíly potenciálů. Elektrochemie je ne- zbytným předpokladem pro výrobu vodíku a pro technologii baterií, a tedy pro udržitelnou chemii. Přestože v této oblasti došlo v posledních letech k velkému technologickému rozvoji, stále je co zlepšovat a k rozsáhlým průmyslovým aplikacím vede ještě dlouhá cesta. Vědci z Cluster of Excellence RESOLV na Ruhr University Bochum a École normale supérieure v Paříži objevili dva nové aspekty, jak řídit, a tedy optimalizovat, elektrochemické reakce na rozhraních. Své výsledky popsali v práci zveřejněné v časopise Journal of the American Chemical Society online dne 10. dubna 2024. Článek byl zároveň časopisem vybrán k otištění na titulní straně. Povrchově citlivá spektroskopie Aby tým pochopil složité chování na elektrifi- kovaných rozhraních, zkoumal kritický parametr, tzv. kyselou disociační konstantu (pKa) molekul na rozhraních kov/voda. Zatímco v objemových roztocích je tato hodnota dobře známá, spekulo- valo se, že tento parametr, který je zásadní pro chemii kyselin a zásad, může být v blízkosti elek- trod zcela odlišný. Měření hodnot pKa v elektro- chemických podmínkách je však experimentálně náročné. Aby to skupina Havenith vyřešila, zkom- binovala pokročilé spektroskopické techniky spe- cifické pro povrch, zejména povrchově zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERS), s teoretickým modelováním. Výsledky se liší v závislosti na po- užitém napětí: Chemie kyselin a zásad na elekt- rifikovaných rozhraních se zřetelně liší od chemie v objemovém roztoku. Hydrofobní vrstva a silné elektrické pole Jejich zjištění poukazují na dva klíčové me- chanismy, kterými se řídí acidobazické reakce na elektrifikovaných rozhraních: Vliv lokální hyd- rofobicity a vliv silných lokálních elektrických polí. Analýzou protonizace/deprotonizace mole- kul glycinu vědci pozorovali hydrofobní rozhraní voda/voda v blízkosti povrchu kovu, které vede
k destabilizaci zwitteriontových forem glycinu. Při zvyšování přiloženého potenciálu se tento efekt zesiluje. Jejich výsledky ukazují změny lokálních sol- vatačních vlastností na rozhraní kov/voda, což představuje nové možnosti pro jemné vyladění reaktivity v elektrochemii. Tyto poznatky nabízejí nové možnosti optimalizace elektrochemických procesů a navrhování nových strategií pro kata- lýzu, protože oba faktory lze řízeně vyladit. » www.solvation.de STUDENTI Z ČESKA VYTVOŘILI V CERN SYSTÉM, KTERÝ POMÁHÁ VĚDCŮM Studenti tuzemské soukromé vysoké školy Uni- corn University se mohou pochlubit nebývalým úspěchem. Vytvořili informační systém ITk Pro- duction Database, který zaznamenává každý de- tail o všech součástkách vnitřního detektoru pro experiment ATLAS - součást urychlovače částic v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN). Práce na vývoji informačního systému začaly v roce 2017 a od té doby se systém používá a rozvíjí. V současné době je téměř dokončený a může se tak začít plně využívat. Projekt realizo- val zakladatel společnosti Unicorn Vladimír Ko- vář a ředitel IT Unicorn University Marek Beránek. Průběžně jim s tím pomáhala desítka studentů. Detektor částic je klíčovou součástí urychlovače, na kterém se uskuteční další kolo experimentu ATLAS. „ Nevýhodou tohoto detektoru je, že je umístěn hluboko v zemi a jakmile se experi- ment rozjede, tak se k němu deset let nesmí. Navíc je složen z přibližně milionu součástek, které během experimentu nelze vyměnit nebo opravit, protože jsou vysoce radioaktivní, “ upřes- ňuje Vladimír Kovář, majitel společnosti Unicorn. Informační systém ITk Production Database slouží k evidenci digitálních dvojčat součástek, které tvoří vnitřní detektor experimentu ATLAS. „ To znamená, že každý prvek, z něhož je detektor složen, je podroben několikanásobné kontrole a duplikaci, což zahrnuje důkladné kontroly a testování od výroby po instalaci. Digitální dvojče přístroje obsahuje podrobný seznam všech součástek, včetně nejmenších šroubků a čipů, a dokonce i použitého lepidla. Systém také sleduje trasu, kterou jednotlivé kompo- nenty do CERN putovaly, což je klíčové pro zajiš- tění bezchybného fungování detektoru po celou dobu desetiletého experimentu. Všichni zúčast- nění odborníci se shodují, že přesná, striktní a formální evidence je správná cesta, “ dodává Vladimír Kovář. Hledání částic temné hmoty CERN je domovem největšího a nejsložitějšího experimentálního zaří- zení na světě Velkého hadronového urychlovače (LHC). Nachází se nedaleko švýcarské Ženevy ve 100 metrů hlubokém tunelu, který má obvod 27 kilometrů. V jeho útrobách se uskutečňují srážky protonů, jež vědcům umožňují pozorovat, co se ve vesmíru odehrávalo bezprostředně po velkém třesku. „ V hlavním urychlovacím prstenci LHC jsou protony urychlovány téměř na rych- lost světla. K udržení protonů na kruhové dráze a jejich dalšímu urychlování slouží silná elek- tromagnetická pole, generovaná supravodivými magnety, “ vysvětluje Marek Beránek, ředitel IT na Unicorn University. Urychlovač částic obsa- huje několik detektorů, v nichž dochází ke sráž-
kám protonů a vědci sledují, co se s částicemi děje. Největším z detektorů je právě ATLAS, který se může pochlubit impozantními rozměry: je vy- soký 25 metrů, dlouhý 45 metrů a váží 7 tisíc tun. Během experimentu v něm každou sekundu pro- bíhá více než miliarda interakcí částic, což odpo- vídá rychlosti přenosu dat srovnatelné s tím, jako by v jeden moment všichni lidé na Zemi vedli 20 simultánních telefonních hovorů. Pouze jedna z milionu srážek v detektoru je vyhodnocena jako potenciálně zajímavá a je ulo- žena pro další studium. Detektor sleduje a iden- tifikuje částice, které jsou klíčové pro zkoumání široké škály fyzikálních jevů, včetně studia Higg- sova bosonu, top kvarku, a pro hledání dalších rozměrů a částic tvořících temnou hmotu. ATLAS je navržen tak, aby dokázal pozorovat až 1,7 miliardy proton-protonových srážek za sekundu, přičemž celkový objem dat přesahuje 60 milionů megabajtů za sekundu. Rozhodnutí o uchování dat z události je uči- něno méně než 2,5 mikrosekundy po jejím vzniku. Během této krátké doby jsou data o události dočasně uložena ve vyrovnávací pa- měti. Pokud je událost vyhodnocena jako rele- vantní, předává se softwarovému spouštěči druhé úrovně, který může zpracovat až 100 tisíc událostí za sekundu. „ Tento spouštěč provádí během pouhých 200 mikrosekund velmi podrobnou analýzu každé zaznamenané kolizní události, zkoumá data z konkrétních oblastí detektoru. Na- konec vybírá přibližně tisíc událostí za sekundu, které jsou předány do systému pro ukládání dat, kde probíhá jejich offline analýza. A právě při nedávné rekonstrukci vnitřního detektoru, která měla za cíl zvýšit jeho výkonnost a umožnit věd- cům odhalit další informace, se na tomto procesu podílel také tým studentů z Unicorn University, “ vysvětluje Beránek. Dokonalejší systém díky českým studen- tům Díky novému systému ITk Production Data- base, vytvořenému v digitální stavebnici Uni- corn Universe a provozovanému na internetové službě Plus4U, mají vědci k dispozici detailní infor- mace o vyrobených součástkách. „ K dnešnímu dni systém obsahuje záznamy o téměř 800 ti- sících součástek a 9 milionech provedených testů. V březnu 2024 bylo do systému přidáno 4 GB dat, a z něj bylo staženo více než 105 GB dat. Během roku 2023 bylo v aplikaci spuštěno přes 85 milionů operací a jen za první tři mě- síce roku 2024 dalších 20 milionů. Tyto údaje ilu- strují klíčovou roli systému v operacích detek- toru, “ uvádí Beránek a dodává, že systém nyní využívá více než 1,1 tisíc uživatelů z přibližně 140 institucí po celém světě, což ukazuje na jeho zásadní význam pro mezinárodní fyzikální spole- čenství. » www.unicornuniversity.net Pro ještě více aktualit ze světa chemie a vědy a výzkumu nebo pro objednání bezplatného zasílání časopisu CHEMAGAZÍN navštivte WWW.CHEMAGAZIN.CZ
56
CHEMAGAZÍN • 3 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - Share PDF online