Fizyka o drugiej w nocy

Dr Jakub Szlachetko z Instytutu Fizyki UJK otrzymał niedawno 1,2 mln zł z Narodowego Centrum Nauki na realizację projektu „Wyznaczenie powierzchniowej i elektronowej struktury elektronowej w domieszkowanych związkach dwutlenku tytanu w rzeczywistych warunkach pracy”. Projekt kieleckiego fizyka znalazł się na liście rankingowej konkursu SONATA BIS.

– Mój projekt jest poświęcony badaniom właściwości dwutlenku tytanu. To jeden z najważniejszych materiałów wykorzystywanych w procesach fotokatalizy i katalizy. Ma szerokie zastosowanie w badaniach naukowych i w przemyśle. Najlepszym przykładem jest wykorzystanie tlenku tytanu do produkcji prądu w ogniwach fotowoltaicznych. Cały czas poszukujemy odnawialnych źródeł energii – jak najtańszych źródeł, bo konsumpcja energii stale wzrasta. Dlatego badania nad rozwiązaniami ulepszającymi proces pozyskiwania energii są bardzo istotne – tłumaczy dr Szlachetko.

Obecnie dużym wyzwaniem jest zbudowanie urządzenia, które produkowałoby paliwa słoneczne, takie jak wodór, w podobnej skali i opłacalności co paliwa kopalne. Cena wodoru powinna wynosić mniej niż $3,3/kg (z uwzględnieniem produkcji, dostawy i dozowania), aby mogła konkurować z ceną benzyny do samochodów osobowych. Większość badań przeprowadzanych jest w oparciu o półprzewodniki z relatywnie szeroką przerwą energetyczną, takie jak dwutlenek tytanu, który jest obecnie najbardziej popularnym fotokatalizatorem, używanym do konwersji promieniowania słonecznego w wiązania chemiczne. Jego wydajność katalityczna jest duża, ale zastosowanie utrudnia konieczność użycia promieniowania w zakresie UV-A ze względu na szeroką przerwę energetyczną (ok. 3.2 eV). Popularną strategią zwiększenia absorpcji światła w zakresie widzialnym jest modyfikacja/domieszkowanie w celu zmniejszenia tej przerwy energetycznej. Projekt dr Szlachetki ma na celu wyjaśnienie, dlaczego poprzez zmniejszenie przerwy energetycznej, które prowadzi do zwiększonej absorpcji promieniowania słonecznego, właściwości katalityczne materiału nie zmieniają się lub czasem nawet ulegają pogorszeniu. – Chcemy ustalić związek pomiędzy reaktywnością powierzchniową i zmianami w strukturze elektronowej wywołanymi przez domieszkowanie – mówi dr Szlachetko. Zrozumienie własności fotokatalitycznych materiałów domieszkowanych pozwoli na produkowanie bardziej wydajnych katalizatorów i w konsekwencji przyczyni się do innowacyjnych zastosowań chemicznych czy farmaceutycznych.

Po otrzymaniu tytułu magistra w 2003 roku J. Szlachetko został asystentem w Instytucie Fizyki i jednocześnie był oddelegowany na studia doktoranckie na Uniwersytet we Fribourgu w Szwajcarii. Kluczową rolę w tych wydarzeniach odegrał prof. Marek Pajek, dyrektor Instytutu Fizyki UJK.

– Podczas studiów doktoranckich po raz pierwszy zetknąłem się z wysokorozdzielczymi technikami spektroskopowymi pracując w laboratorium prof. Jean-Claude Dousse – mówi dr Szlachetko.

Pobyt we Fribourgu umożliwił mu poznanie różnych aspektów spektroskopii wraz z ich zastosowaniem do badań na źródłach promieniowania synchrotronowego. W roku 2007, po ukończeniu doktoratu, otrzymał grant Szwajcarskiego Centrum Nauki na pobyt w Europejskim Centrum Promieniowania Synchrotronowego (ESRF) we Francji. Celem grantu była budowa spektrometru krystalicznego do zastosowań w mikroskopii rentgenowskiej na linii eksperymentalnej ID21.

– Spektrometr wykorzystywałem w badaniach aplikacyjnych przy współpracy z naukowcami z dziedzin geologii, biologii czy dziedzictwa kulturowego – opowiada fizyk.

Później otrzymał pozycję post-doka w Szwajcarskim Źródle Promieniowania Synchrotronowego, a następnie w roku 2013 został zatrudniony na etacie naukowym w projekcie SwissFEL. Szwajcarskie źródło laserowe na swobodnych elektronach jest w trakcie budowy i będzie oddane do użytku w 2017 roku.

– W przyszłości planuję kontynuację moich zainteresowań naukowych związanych z wykorzystaniem spektroskopii i promieniowania rentgenowskiego generowanego na źródłach synchrotronowych i XFEL do badań poświęconych zmianom układów elektronowych w procesach chemicznych i fotochemicznych, jak również badań dotyczących nieliniowej absorpcji promieniowania X – opowiada dr Szlachetko.

Dlaczego wybrał karierę naukową? – Nie miałem dylematu. Byłem głodny wiedzy. Zawsze powtarzam, że nie ma nic wspanialszego niż gdy się wstaje rano i chce się iść do pracy. Tak mam od kilkunastu lat. Wstaję rano i nie mogę się doczekać kiedy pojawię się w laboratorium – mówi. W laboratorium spędza niekiedy po kilkanaście godzin. – Czasami największą frajdę mam o drugiej w nocy, kiedy otrzymuję wyniki badań, o których wiem na świecie tylko ja – mówi dr Szlachetko.

Lata spędzone w szwajcarskich i francuskich laboratoriach dały mu pewność siebie. – Pracowałem z różnymi uznanymi na świecie naukowcami. W tym gronie są i szanowani profesorowie, i „dziwacy”, których w fizyce nie brakuje. Niewiele jest mnie w stanie zaskoczyć – śmieje się dr Szlachetko.

Po 13 latach spędzonych za granicą zdecydował się powrócić do Polski. – Duży wpływ na tę decyzję miało otrzymanie grantu NCN, który będzie realizowany w Instytucie Fizyki UJK. Część badań przeprowadzone zostanie na zewnątrz, w instytucjach współpracujących, m.in. na uniwersytecie w Abu-Dhabi oraz w Instytucie Paula Scherrera w Szwajcarii – zapowiada dr J. Szlachetko.