Významného akademického úspěchu dosáhl náš kolega Ladislav Svoboda, který úspěšně završil habilitační řízení. Od roku 2025 zároveň vede Laboratoř pokročilých nanomateriálů v Centru nanotechnologií CEET, kde se svým týmem rozvíjí výzkum materiálů určených pro ochranu životního prostředí, energetiku i zdravotní bezpečnost.
Jeho habilitační práce s názvem „Fotokatalytické nanomateriály: od návrhu k aplikacím” představuje ucelenou výzkumnou linii zaměřenou na polovodičové nanomateriály na bázi grafitického nitridu uhlíku (g-C₃N₄).
Výzkum detailně mapuje celou cestu vývoje od základního, méně aktivního materiálu, přes dvourozměrné nanovrstvy, až po pokročilé systémy fixované na nanovlákenných textiliích. Hlavním cílem práce nebylo pouze dosažení laboratorních výsledků, ale vývoj funkčních systémů pro praxi, které nacházejí uplatnění například při čištění vody a povrchů, biologické ochraně nebo při efektivní výrobě vodíku.
Zásadním praktickým výstupem práce je patent „Způsob permanentní dekontaminace povrchu vzduchového filtru fotokatalytickou deaktivací biologických agens” (CZ 309592), který vznikl jako reakce na potřebu bezpečnějších filtračních systémů během pandemie COVID-19. Technologie umožňuje nejen zachytit biologické částice, ale také je přímo na povrchu filtru deaktivovat, čímž významně snižuje riziko sekundární kontaminace. Účinnost materiálu ověřil Státní ústav jaderné, chemické a biologické ochrany (SÚJCHBO).
Dosažené výsledky už přinášejí nová partnerství zaměřená na přenos nově vyvinutých materiálů a laboratorních metod do průmyslového provozu. Svoboda momentálně rozvíjí spolupráci s Fakultou materiálově-technologickou VŠB-TUO a společností Pardam. Se SÚJCHBO navíc připravuje další fázi testování pro chemickou a biologickou ochranu.
Se svým týmem však plánuje posunout hranice nanotechnologií ještě dál: „V habilitační práci byl zásadním krokem přechod od objemového materiálu k tenkým a modifikovaným dvourozměrným nanovrstvám, které se do stran rozprostírají až do stovek nanometrů. Nyní ale pracuji na systému, který jde rozměrově ještě níž. Nový systém je tvořený kvantovými částicemi na bázi nitridu uhlíku o velikosti přibližně jen 6 nm. Materiály tohoto typu jsou samy o sobě známé, ale podařilo se mi vyvinout technologii, která umožňuje jejich přípravu ve větším množství. Tím se otevírá mnohem širší prostor pro jejich testování v různých aplikacích, například v single-atomové katalýze, optoelektronice, medicíně, senzorech, bioImagingu a dalších oblastech“ uvedl Ladislav Svoboda.
Profesní dráhu čerstvého docenta formovaly především vědecké pobyty na prestižních zahraničních pracovištích. Vedle výzkumné práce však dlouhodobě působí také jako dobrovolník a mentor v komunitě Vstaň a choď, která podporuje lidi s tělesným handicapem. Právě propojení vysoce kvalitního výzkumu s odhodláním, otevřeností a vzájemnou oporou považuje za základ pro vedení úspěšného výzkumného týmu i pro inspiraci budoucí generace studentů.
Bližší informace o výzkumu fotokatalytických nanomateriálů a jejich uplatnění v praxi objasňuje Ladislav Svoboda v následujícím rozhovoru:
1. Hned v úvodu bych se zeptala, jaký konkrétní problém má výzkum fotokatalytických nanomateriálů řešit v praxi?
Tyto materiály mají široké uplatnění. Jádrem naší práce je materiálové inženýrství nanomateriálů – navrhujeme a upravujeme jejich strukturu tak, aby měly přesně definované vlastnosti pro danou aplikaci. Tyto materiály pak ověřujeme na třech konkrétních směrech. Prvním je čištění vod a ovzduší, kde likvidujeme těžko odbouratelné škodliviny. Dále se soustředíme na biologickou a chemickou ochranu povrchů, které pak samy aktivně ničí viry, bakterie nebo nebezpečné chemické látky. V poslední době náš výzkum směřuje také do energetiky, kde využíváme sluneční záření k výrobě čistého vodíku z vody.
2. Řekněte mi, v čem je grafitický nitrid uhlíku lepší oproti jiným materiálům pro čištění vody, povrchů, vzduchu nebo výrobu vodíku?
Klasické fotokatalyzátory, jako je oxid titaničitý, potřebují ke své plné účinnosti UV složku záření. Na přímém slunci fungují, ale problém nastává v interiérech nebo za sklem, které UV záření filtruje. Grafitický nitrid uhlíku funguje přímo pod běžným viditelným světlem, což je jeho hlavní výhoda pro praktické využití. Je to stabilní, netoxický a levný materiál. Moje habilitační práce ukazovala právě tyto možnosti materiálového inženýrství a způsoby, jakými lze jeho aktivitu zvyšovat. Jsme schopni ho povrchově upravovat a modifikovat v závislosti na konkrétní aplikaci, a přímo tak řídit jeho vlastnosti podle toho, co od něj v daném systému požadujeme. Zkrátka je velmi flexibilní, a to je jedním z důvodů, proč je o tento materiál tak velký zájem.
3. Když už jsme u toho zájmu, co bylo stěžejní při přechodu od laboratorního materiálu k funkční technologii použitelné například ve filtrech nebo nanovlákenných textiliích?
V laboratoři většinou pracujete s materiálem ve formě prášku, což je pro praxi nepoužitelné. Prášek by se hned vyplavil nebo rozfoukal. Stěžejní proto bylo vymyslet, jak nanomateriál pevně ukotvit na naše nanovlákenné nosiče. Hlavní výzva spočívala v tom, aby částice na povrchu spolehlivě držely, ale zároveň zůstaly přístupné pro světlo a reaktanty. Pokud fotokatalyzátor kompletně zalijete do nějakého pojiva, přestane fungovat. Museli jsme tedy najít optimální technologii fixace, která zachová jeho vysokou aktivitu.
4. Zajímalo by mě, jak se ověřuje, že tyto materiály skutečně fungují i mimo laboratorní podmínky a jsou připravené pro praktické nasazení?
Prvotní jsou vždy testy u nás v laboratoři. Když ty dopadnou dobře, oslovujeme externí partnery, kteří jsou schopni materiály otestovat v reálnějším prostředí – například Státní ústav jaderné, chemické a biologické ochrany. Všechny naše vyvinuté materiály jsou prokazatelně aktivní, jejich funkčnost je opakovaně ověřená. V praxi je ale klíčové hlavně to, jak rychle a účinně reakce probíhá v reálném prostředí, kde podmínky nejsou ideální.
5. Pokud se zaměříme na reálné uplatnění, kde mají tyto nové nanomateriály potenciál a jaké kroky ještě chybí k jejich zavedení do praxe?
Nejblíže k aplikaci jsou dekontaminační vzduchové filtry a také materiály pro chemickou a biologickou ochranu záchranných složek nebo armády. Co se týče dalších kroků, v laboratoři připravujeme materiály v řádu gramů. Hlavním úkolem je teď převést tuto technologii do průmyslového měřítka a zajistit, aby velkokapacitní produkce byla ekonomicky udržitelná a materiál si zachoval své vlastnosti.