ERC grant pomáhá otevírat dveře, říká fyzikální chemik Otyepka

K zájmu o chemii ho dovedla dětská zvídavost – chtěl rozumět tomu, co se děje v živých organismech, hlavně v rostlinách. Dnes se ovšem Michal Otyepka zaměřuje především na neživé, totiž 2D materiály, například grafen a jeho deriváty. Jako fyzikální chemik působí na pomezí materiálové chemie a využívá nástroje výpočetní a teoretické chemie k pochopení struktury a vlastností materiálů. To mu umožňuje nové materiály také vytvářet.

Vedoucí Katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci a zástupce ředitele Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů získal před rokem pro svůj výzkum prestižní ERC grant. Peníze od Evropské rady mu pomáhají i ve shánění zahraničních partnerů pro společné projekty. „Je to ocenění, které otevírá dveře,“ shrnuje.

prof. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.

• narodil se v roce 1975 v Olomouci

• na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého vystudoval anorganickou chemii
• v roce 2004 získal titul Ph.D. z fyzikální chemie pod vedením prof. Jana Lasovského, o tři roky později se habilitoval a v roce 2012 převzal titul profesora Univerzity Palackého v oboru fyzikální chemie
• od roku 2009 vede Katedru fyzikální chemie PřF UP a je zástupcem ředitele Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů
• věnuje se studiu struktury a vlastností biomakromolekul a nanomateriálů
• stál mimo jiné u zrodu fluorografenu, podílel se i na vývoji prvního nekovového magnetu
• na přípravu, vlastnosti a aplikace nových superfunkčních materiálů a 2D chemie je zaměřen ERC grant, který získal vloni
• je držitelem grantu Neuron Impuls udělovaného Nadačním fondem Neuron
• dosud publikoval přes 160 publikací ve vědeckých časopisech, které byly citovány více než 6000krát
• opakovaně působil v Itálii, Německu, Francii a Dánsku
• je ženatý, má syna Martina
• netají se vášní pro vaření, v poslední době se rekreačně věnuje cyklistice

Kdy vám došlo, že chemie pro vás bude víc než jen oblíbený školní předmět?

Začalo to už na základní škole, velkou inspirací pro mě byl skvělý učitel chemie Zdeněk Krejčiřík. Současně ale musím říct, že jsem dlouho koketoval hlavně s biologií. Chtěl jsem vědět, jak funguje živá příroda. Později jsem na gymnáziu pochopil, že k tomu potřebuji porozumět molekulární biologii, což se zase neobejde bez znalosti biochemie a chemie. Dokonce jsem se hlásil i na medicínu, ale pak k přijímačkám nedošel. O týden dřív mě totiž přijali na analytickou chemii a to zvítězilo, přestože povolání lékaře mě dodnes fascinuje. Nakonec jsem skončil u fyzikální chemie.

Dnes jste známý odborník na grafen a uhlíkové materiály vůbec. Vedla k této specializaci přímá cesta, nebo jste k ní dospěl také oklikou?

Velkou oklikou! Během doktorského studia jsem se věnoval inhibici enzymů regulujících buněčný cyklus. Jelikož jsem využíval výpočetní chemii, nabídl mi pomoc profesor Jaroslav Koča v Brně, kde jsem se naučil spoustu technik pro modelování molekul. Pak jsem přešel ke studiu dynamiky enzymů a znalosti následně využil při studiu dynamiky nukleových kyselin. Moje kariéra se tedy nejprve ubírala spíše cestou simulace biostruktur, biomakromolekul. V té době jsem se pravidelně vídal s kamarádem ze studií Radkem Zbořilem, který se zabýval syntézou nanomateriálů a jejich využitím. Říkali jsme si, že bychom mohli najít styčný bod v našich výzkumech. Oba jsme totiž považovali za velmi stěžejní propojení experimentu s teorií. Průnik jsme našli asi až po pěti letech diskusí. Jednalo se o dvoudimenzionální materiály. První společnou prací, kde jsme úspěšně použili kombinaci experimentu s teorií, byl objev fluorografenu v roce 2010.

Tedy nejtenčího izolantu na světě, na němž současně pracovali i nositelé Nobelovy ceny za fyziku Novoselov a Geim. Pomineme-li samotné vlastnosti materiálu, v čem byl pro vás tento objev klíčový?

V Olomouci se od té doby začalo pracovat na vývoji dvoudimenzionálních materiálů. Pro mě samotného to byl vstup do nanomateriálové chemie, otevřely se mi zcela nové obzory ve vědecké práci. Jako velmi přínosné se ukázalo propojení experimentátorů a teoretiků a výpočetních chemiků, k nimž se řadím. Experimentátorům totiž dost často klademe zajímavé otázky, snažíme se věcem přijít na kloub, vše důsledně pochopit. Kolegům dáváme zpětnou vazbu a nakonec to vede k cílenému a rychlejšímu vývoji nových materiálů. Fluorografen byl pro nás zajímavý i tím, že naznačoval možnost reaktivity, ačkoliv například kolegové Novoselov a Geim ho označovali jako analog teflonu a tudíž chemicky inertní materiál. My jsme ale ukázali, že je možné ho chemicky transformovat.

Ačkoliv Novoselov a Geim fluorografen označovali jako analog teflonu a tudíž chemicky inertní materiál, my ukázali, že je možné ho chemicky transformovat.

Zmínění Nobelisté fluorografen opustili, zatímco vy jste se mu věnovali dál, že?

Vrátili jsme se k němu po pár letech a zjistili, že chemie na fluorografenu se dá velmi pěkně řídit a dále využít. Dnes už umíme připravit pestrou paletu grafenových derivátů se specifickými chemickými funkcemi. Laicky řečeno, máme grafenovou podložku a na ni přidáváme vhodné háčky pro zavěšení dalších chemických funkcionalit. Paralelně s tím pokračuje vývoj nekovových magnetických materiálů, na němž spolupracuji. Z derivátů fluorografenu se nám podařilo připravit dvoudimenzionální nekovové magnety a prokázat, že mají neobvyklý zdroj magnetismu.

Příprava superfunkčních 2D materiálů odvozených od grafenu je také náplní vašeho ERC grantu nazvaného Dvoudimenzionální chemie směrem ke grafenovým derivátům. Co to vlastně znamená?

Hlavním cílem je odpovědět na otázku, zda existují specifická pravidla pro chemii, která se odehrává na povrchu grafenu nebo dalších dvoudimenzionálních materiálů. Tedy zda existují pravidla odlišující klasickou chemii od chemie dvourozměrných materiálů. Zdá se, že dvourozměrné materiály mají celou řadu zvláštností. Samotným jádrem projektu je nalezení a pochopení principů dvourozměrné chemie, ale navazuje na něj řada aplikačních koncovek. Na jedné straně chceme vyvinout procesy pro specifickou povrchovou modifikaci 2D materiálů a připravit širokou paletu materiálů s požadovanými vlastnostmi. Následně budeme moci materiály vrstvit do struktur a vytvářet 3D materiály s požadovanými vlastnostmi, jakési molekulární lasagne. Zajímavou cestu otevírají i zmíněné nekovové magnetické 2D materiály.

Jaké předpokládáte využití superfunkčních materiálů?

Testujeme je v oblasti senzoriky, například pro detekci látek znečišťujících životní prostředí či signálních biomolekul, nebo elektroniky a spintroniky. Využíváme je také v nanokompozitech pro separační technologie a nyní ověřujeme i přípravu superpevných nanovláken. Jedna z oblastí, po níž je v praxi velká poptávka a my bychom se na ni chtěli více zaměřit, je ukládání energie. Dnes se mluví o materiálech, které fungují jako takzvané superkapacitátory. Tedy jakési superbaterky, jež mají velkou kapacitu a jsou schopny dát rychle zpět velké množství proudu. Právě 2D materiály a jejich hybridní struktury se ukazují jako velmi vhodné pro tento typ aplikací. Je to velmi perspektivní oblast, neboť ukládání energie včetně té „zelené“ je jedním z velkých celosvětových problémů.

Universitas

Grant je na pět let, máte za sebou první rok. Můžete se už pochlubit nějakými výsledky?

Výsledků je poměrně hodně včetně devíti publikací. Udělali jsme obrovskou práci v oblasti specifické chemie fluorografenu a jejího pochopení. Připravili jsme pěknou řádku nových materiálů. Některé jsme již publikovali, jiné jsou k publikaci přichystané. Přijal jsem tři zahraniční pracovníky na pozici postdoků, brzo nastoupí další a v září i první Ph.D. studenti.

Jak důležité bylo pro tento výzkum získání ERC grantu? Šlo by to bez něj?

Získané peníze dávají obrovskou svobodu a jsou citelně znát. Bez nich by to možná šlo, ale rozhodně ne v takovém rozsahu a šíři. V projektu mám například zaměstnané tři syntetiky, kteří se stoprocentně věnují přípravě nových materiálů. Bez ERC grantu bychom si mohli dovolit jen jednoho. Udělení grantu je navíc pro vědce dobrá známka a jeho vědecká hodnota tím trochu naroste. Lépe se mi tak komunikuje se zahraničními kolegy, snáze se hledají partneři pro společné projekty. ERC grant pomáhá otevírat dveře.

Udělení ERC grantu je pro vědce dobrá známka a jeho vědecká hodnota tím trochu naroste.