Lendületesek: Vesztergom Soma
Az elektrolízis során végbemenő hidrogénfejlődés az elektrokémia egyik legrégebben tanulmányozott folyamata. Ennek ellenére nagyon kevéssé értjük az eközben az elektródok felületén végbemenő kémhatásváltozás dinamikáját. Vesztergom Soma, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Kémiai Tanszékének adjunktusa és az általa vezetett MTA–ELTE Lendület Határfelületi Elektrokémia Kutatócsoport ezt a jelenséget kutatja, az eredményeiknek pedig közvetlen ipari hasznuk lehet.
Ha vízbe vagy oldott ionokat tartalmazó oldatba két fémet merítünk, majd kellően nagy elektromos feszültséget kapcsolunk közéjük, akkor elektrolízis jön létre, amit gyakran az elektródok környezetében kezdődő pezsgés, vagyis gázképződés jelez. Az elektrolitikus vízbontás gyakori bemutatókísérlet a középiskolai kémiaórákon, amellyel demonstrálható, hogy elektromos áram segítségével kémiai változást lehet indítani az anyagban.
Vesztergom Soma Forrás: youtube.com/@ELTEfilm„Valóban, az elektromos vízbontás egy alapkutatási szempontból igen fontos és nagyon izgalmas kémiai reakció, amelynek ugyanakkor fontos gyakorlati szerepe is lehet, akár az energiagazdaságban is. Ha vizet bontunk árammal, akkor az eközben fejlődő hidrogént tárolhatjuk, akár el is szállíthatjuk, és később újra energiát nyerhetünk belőle – mondja Vesztergom Soma, az MTA–ELTE Lendület Határfelületi Elektrokémia Kutatócsoport vezetője. – Az ilyen energiatároló pufferek szerepe pedig egyre inkább felértékelődik, ahogy fokozatosan átállunk a megújuló energiaforrások használatára, amelyek jellemzően nem állnak rendelkezésre éppen akkor, amikor felhasználásukra a legnagyobb igény mutatkozna.
A megújuló forrásokon alapuló energiagazdálkodásban tehát az elektrolízisen alapuló átmeneti energiatárolásnak bizonyosan nagy szerep jut majd.”
A víz elektrolízise ugyanakkor egy éppen 222 éve ismert kémiai eljárás. Felmerülhet tehát a kérdés, hogy több mint két évszázaddal a felfedezése után miért kell kutatócsoportot alapítani a tanulmányozására. Vesztergom Soma szerint való igaz, hogy az elektrolízisről már sokat tudunk, a víz bontása során lezajló hidrogénfejlődés pedig gyakorlatilag az elektrokémia állatorvosi lovának tekinthető, amelynek a legtöbb fontos elektrokémiai elméleti felfedezéshez köze volt. Ugyanakkor van az elektrokémiai vízbontás témájának egy fontos szegmense, amelyet a problémával foglalkozó kutatók eddig még nem tártak fel kellő mélységben. Ez a probléma azzal kapcsolatos, hogy az elektrolízis közben az anódon és a katódon bekövetkező reakciók óhatatlanul megváltoztatják az elektródkörnyéki kémhatást. A pH megváltozása, ami először az elektródfelületek közvetlen környezetében érvényesül, fokozatosan kiterjed az oldat távolabbi részeire is. A kiterjedés dinamikája pedig (Kevert vagy nyugvó oldatról van-e szó? Mennyiben okozza maga a gázfejlődés, vagyis a pezsgés az oldat keveredését?) meghatározó jelentőséggel bír az egész folyamatra.
„Az elektrokémiai folyamatok közben bekövetkező kémhatásváltozásokat bonyolult matematikai egyenletek írják le, és kutatócsoportunk e matematikai problémák megoldásával és kísérletes ellenőrzésével foglalkozik. A célunk az, hogy a lehető legjobban megértsük, az elektródkörnyéki kémhatásváltozások milyen hatással vannak az elektrolízis további folyamatára – folytatja a kutatócsoport-vezető. – A számításaink gyakran igen bonyolultak, és nem mindig vezetnek olyan szép egyenletekhez, mint amilyeneket a fizikaórán megszokhattunk: számítógépek alkalmazásával ugyanakkor az egyenletek megoldhatók, és jóslataik kísérleti megfigyelésekkel is összevethetők.
A munkánk célja, hogy jó prediktív erővel bíró modelleket alkossunk, amelyek képesek megjósolni előbb laboratóriumi kísérletek, majd akár ipari folyamatok eredményeit is.”
Bár a vízbontás reakciói erre talán a legmegfelelőbb példák, az elektródfolyamatok egy igen nagy csoportjára jellemző az, hogy végbemenetelük során az elektródfelület környékének kémhatása megváltozhat. Egy jellemző példa a szén-dioxid elektrokémiai redukciója kis szerves molekulákká: a folyamat a katódon nemcsak elektronok, hanem hidrogénionok felvételét is igényli. De az elektródfelületek környékének pH-változása (ez a katód környékén jellemzően lúgosodás, az anód környékén pedig savasodás) bekövetkezhet olyan reakciók közben is, amelyek maguk se nem fogyasztanak, se nem termelnek hidrogénionokat. Ilyenek például a különböző elektrokémiai fémleválasztási folyamatok, amelyeket – az alkalmazott ipari körülmények között – gyakran kísérnek parazita reakciók, akár vízbontás is.
„A félvezető-alapú elektronikában való felhasználhatósága miatt egyre nagyobb figyelem irányul például a kobalt elektrokémiai leválasztására – mondja Vesztergom Soma. – A kobalt elektrokémiai leválasztását szinte minden esetben kíséri hidrogénfejlődés és katódkörnyéki lúgosodás is. Ez számos problémát okozhat, köztük a leválasztó fürdő csapadékosodását és a bevonat tönkremenetelét is. Ugyanakkor a felületközeli kémhatásváltozásnak előnyei is lehetnek, hiszen (megfelelő adalékanyagok fürdőhöz adásával) a jelenséget akár előnyünkre is fordíthatjuk, és segítségével elérhetjük például bonyolult mikrostruktúrák, árkok egyenletes betemetését is, amely a modern chip- és processzorgyártásban igen fontos.”
„Remélem, hogy munkánk
a gyakorlati haszonnal rendelkező technológiák tudásalapú fejlesztéséhez is hozzájárul, ugyanakkor az alapkutatási szempontot is nagyon lényegesnek látom.
– mondja a Lendület-kutatócsoport vezetője. – A legjobban annak örülnék, ha munkánk eredményei segítenék átformálni az elektrokémikus-szakma gondolkodását, és abban sokkal általánosabban jelenne meg a felületi kémhatásváltozások fontossága.”
A témához kapcsolódó cikkeink
Lendületesek: Ivády Viktor
A kvantumtechnológia talán napjaink legtöbb figyelmet kiváltó alkalmazott fizikai tudományterülete. Mindenki a kvantumszámítógépeket várja, bár az még nem egyértelmű, hogy ezek milyen köznapi feladatra lesznek alkalmasabbak, mint a jelenlegi komputerek. Ugyanakkor a kvantumtechnológiának vannak más alkalmazásai is, amelyek már most is rendelkezésre állnak, és forradalmasítják például a méréstechnikát. Ivády Viktor, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai és Csillagászati Intézet egyetemi adjunktusa, az MTA–ELTE Lendület ÚjKubit Kutatócsoport vezetője olyan fizikai kubiteket keres különféle anyagokban, amelyekre később kvantumtechnológiai alkalmazásokat alapozhatnak.
Lendületesek: Szilágyi István
A vegyipar minden ágában alkalmaznak enzimeket, amelyek eddig főként élő szervezetekből származtak. Ezekkel azonban számos technikai, illetve szabályozási probléma van, így nagy az igény a helyettesítőmolekulák kifejlesztésére. Szilágyi István, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének docense, az MTA-SZTE Lendület Biokolloidok Kutatócsoport vezetője munkatársaival úgynevezett nanozyme-okat (vagyis enzimhatású nanorészecskéket) szeretne kifejleszteni, amelyek a jövőben forradalmasíthatják az összes enzim katalizálta ipari eljárást.
Lendületesek: Németh Tamás
Az autoimmun hátterű ízületi gyulladások, például a rheumatoid arthritis, hatvan-nyolcvanezer ember életét keserítik meg Magyarországon. Németh Tamás, a Semmelweis Egyetem Élettani Intézet, valamint Reumatológiai és Klinikai Immunológiai Tanszék docense, az MTA–SE Lendület Transzlációs Reumatológiai Kutatócsoport vezetője szerint rajtuk úgy lehet a legjobban segíteni, ha új támadási célpontokat azonosítunk a jövőbeli gyógyszerek számára. Egy ilyen szempont lehet a szinoviális fibroblaszt nevű sejt, amelynek jelátviteli folyamatait igyekszik feltérképezni a kutatócsoport.
Lendületesek: Koltai Júlia
Bár az online tér a való világtól merőben különbözőnek tetszik, az emberek internethasználatában mégis felfedezhetők az offline társadalomban meglévő struktúrák. A különböző társadalmi csoportokhoz tartozó, különböző hátterű emberek eltérő módon használhatják a digitális eszközöket. Sőt, eszközhasználatuk vizsgálatával akár a társadalomról magáról is következtetéseket vonhatunk le. Koltai Júlia Anna, a Társadalomtudományi Kutatóközpont tudományos főmunkatársa, az MTA–TK Lendület Digitális Társadalomtudomány Kutatócsoport vezetője a Lendület Program támogatásával a társadalmi struktúrákat és egyenlőtlenséget vizsgálja a digitális adatok tükrében.
Lendületesek: Horváth Sándor
Bár a szocializmus munkakultúráját áthatotta a mellékes állások bonyolult rendszere, e jelenség társadalmi hatásait és történeti kontextusát ez idáig meglepően kevéssé kutatták. De az 1956-os forradalomban jelentős szerepet vállaló munkástanácsok történetét sem tárták még fel behatóan. Így a Horváth Sándor, a Bölcsészettudományi Kutatóközpont Történettudományi Intézet Jelenkortörténet osztályának vezetője által irányított MTA-BTK Lendület Munkaformák Kutatócsoport tervezett kutatóprogramja valóban hiánypótló eredményeket hozhat.
Lendületesek: Giuseppe Habib
A nemlineáris dinamikában ma is számos megoldatlan problémával találkozhatunk. Például nagyon nehéz a jelenleg rendelkezésre álló eljárások segítségével meghatározni, hogy egy rendszer mennyire lesz robusztus, vagyis hogyan fog ellenállni az őt az egyensúlyi állapotából kimozdítani igyekvő zavarásoknak. Giuseppe Habib munkatársaival e téren fejleszt új eljárásokat a Lendület Program támogatásával.
Lendületesek: Kállay Mihály
A kvantumkémiai számítások esszenciálisak a modern kémiában, hiszen általuk a molekulák és a reakciók megannyi energetikai jellegzetessége kiszámítható, előre jelezhető. Csakhogy e számítások hatalmas számítástechnikai kapacitást igényelnek, és a nagyobb molekulák esetén szó szerint az idők végezetéig tarthatnak. Ezért az MTA-BME Lendület Kvantumkémiai Kutatócsoport Kállay Mihály egyetemi tanár, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék vezetőjének irányításával olyan „trükkös” módszereken dolgozik (analóg módon például a nagy digitális fotók tömörítésével), amelyek révén e számítási idő drasztikusan csökkenthető.
Lendületesek: Lőrincz Péter
A sejtekben zajló egyik legalapvetőbb folyamat a környezetből felvett külső, illetve a selejtezésre ítélt belső anyagok lebontása. Mindkét folyamat a lizoszómákban megy végbe, az ehhez kapcsolódó anyagszállítás pedig membránnal határolt hólyagok, vezikulák közvetítésével történik. Lőrincz Péter, az ELTE Anatómiai, Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszék adjunktusa, az MTA-ELTE Lendület Vezikuláris Transzport Kutatócsoport vezetője és munkatársai ezt a vezikuláris transzportot kutatják az ecetmuslica sejtjeiben a Lendület Program támogatásával.
Lendületesek: Csörgő Bálint
A kórokozó baktériumok genomjában sok olyan génszakaszt találhatunk, amelyek egykoron baktériumokat fertőző vírusok, vagyis fágok révén kerültek oda. E szakaszokat hívjuk profágoknak. Vannak olyan profágok, amelyek a gazdabaktériumot számára kifejezetten előnyös tulajdonságokkal, afféle „szupererővel” ruházzák fel, például növekszik tőlük a fertőzőképessége. Csörgő Bálint, az MTA-SZBK Lendület Géntechnológiai Kutatócsoport vezetője és munkatársai azt remélik, hogy a Lendület Program támogatását élvező, profágokkal kapcsolatos kutatómunkájukkal hozzájárulhatnak a bakteriális fertőzések és az antibiotikum-rezisztencia legyőzéséhez.
Lendületesek: Lázár Viktória
A 21. század egyik legnagyobb orvosi kihívását szinte bizonyosan az antibiotikumokra rezisztens baktériumtörzsek elleni küzdelem fogja jelenteni. Mára számos olyan baktériumcsoport fejlődött ki, amely több (vagy akár a legtöbb) ismert antibiotikumnak ellenáll, így az eddig bevett terápiák hatástalanok ellene. Az MTA Lendület Program támogatásával Lázár Viktória a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban alapított kutatócsoportjával olyan új, fenntartható antimikrobiális kombinációs kezelési stratégiákat térképez fel, amelyek lassítják az antibiotikum-rezisztencia kialakulását és terjedését.
Lendületesek: Dénes Ádám
A központi idegrendszer különleges hely az immunrendszer számára: minthogy az immunválasz, különösen a gyulladásos reakciók hatalmas károkat okozhatnának az idegszövetben, a legtöbb immunsejt számára tiltott területnek számít az agy. De van egy immunsejttípus, a mikroglia, amely jelen van az agyszövetben, sőt funkciója túlnyúlik a klasszikus immunműködésen. A feltételezések szerint számos neurológiai betegség kialakulásában lehet szerepe. Ezt kutatja a Lendület Program támogatásával Dénes Ádám a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben (KOKI).
Lendületesek: Kovács András
Alig van nehezebben vizsgálható jelenség az univerzumban a sötét energiánál, ami talán még a sötét anyagnál is jobban rejtőzködik kutatómódszereink elől. Mégis erre vállalkozik Kovács András, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) munkatársa, az MTA-CSFK Lendület Nagyskálás Szerkezet Kutatócsoport vezetője, aki korábban már számos globális égboltfelmérő kollaborációban részt vett, és lendületes kutatásai során használ majd chilei és a Kanári-szigeteken található obszervatóriumok által szolgáltatott, sőt űrtávcsőről származó adatokat is.
Lendületesek: Csonka Szabolcs
Bár elméletben a szupravezető áramkörök jelentősen növelhetnék a szuperszámítógépek erejét, a kutatások technikai problémák miatt évekkel ezelőtt megrekedtek. Ezen igyekszik változtatni a Csonka Szabolcs, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizika Tanszékének docense által vezetett Lendület-kutatócsoport, amely nanoméretű áramköröket fejleszt. Kutatásaik hozzájárulhatnak az igazán hasznos kvantumszámítógépek megjelenéséhez is.
Lendületesek: Berkesi Márta
A légköri szén-dioxid egy része – amelynek mennyisége nem ismert – a föld mélyéből származik. A Berkesi Márta, a Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet tudományos főmunkatársa vezetésével alakult Lendület-kutatócsoport e jelenséget vizsgálja, méghozzá az ásványokba zárt, úgynevezett fluidumcseppecskék, vagyis folyadék- és gázzárványok kutatása segítségével. Ezek az alig néhány mikronos zárványok féltve őrzik hajdani kémiai környezetük csapdába ejtett lenyomatait. Berkesi Márta és kutatócsoportja eredményei révén jobban megérthetjük, hogy a földtani eredetű szén-dioxid milyen szerepet játszik az atmoszférikus szén-dioxid-koncentráció kialakulásában.
Lendületesek: Gyuranecz Miklós
A védőoltások az állati kórokozókkal szembeni védekezésben pontosan ugyanolyan fontos szerepet játszanak, mint az emberi járványok elleni harcban. Gyuranecz Miklós, az Állatorvostudományi Kutatóintézet tudományos tanácsadója, a Lendület Program egyik nyertese kutatócsoportjával a Mycoplasma hyorhinis kórokozó ellen fejleszt vakcinát, miközben kutatásaiknak köszönhetően magáról az organizmusról is sokkal többet fogunk tudni. Ez a Mycoplasma a malacokat fertőzi meg, gyulladásokat vált ki bennük, aminek hatására nem fejlődnek megfelelően, és így romlik a hústermelés hatékonysága. Vagyis a Lendület-kutatásnak egyszerre lesz állategészségügyi és gazdasági haszna is.
Lendületesek: Siklósi Zsuzsanna
A rézkor a legfontosabb korszakok egyike az emberiség fejlődésében. Számos olyan innováció származik ebből a periódusból, amely alapvetően határozta meg az ember későbbi fejlődését. A Kárpát-medence különleges szerepet töltött be ebben a korszakban, hiszen összekötő kapocsként működött Európa déli és keleti, illetve nyugati területei között. Rajta áramlottak keresztül a termékek és az új elképzelések. Így a rézkori régészeti leletegyüttes kutatása rendkívüli felfedezésekkel kecsegtet az itt lakó emberek életével, illetve általánosságban a tudásátadás mikéntjével kapcsolatban is. Az akadémiai kiválósági program segítségével Siklósi Zsuzsanna, az ELTE BTK Őskori és Elő-Ázsiai Régészeti Tanszék adjunktusa és munkatársai a rézkori szociális hálózatokat, illetve az innovációk terjedésének folyamatát kutatják.
