Prof. Janusz Lewiński laureatem Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2024

Naukowiec z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej i Instytutu Chemii Fizycznej PAN otrzymał nagrodę w obszarze nauk chemicznych i o materiałach za opracowanie mechanochemicznych metod syntezy perowskitów poprawiających ich właściwości fotowoltaiczne.

O nagrodzonym osiągnięciu

Perowskity metalohalogenkowe (MHP) to materiały, które mają unikalne właściwości fizykochemiczne: wysoki współczynnik absorpcji światła czy możliwość modulowania ich właściwości w pożądanym kierunku poprzez kontrolowane zdefektowanie ich sieci krystalicznej. To sprawiło, że w ostatniej dekadzie MHP stały się jedną z najintensywniej rozwijanych grup półprzewodników. Głównym motorem rozwoju chemii MHP było ich wykorzystanie w perowskitowych ogniwach fotowoltaicznych (PSC), które przez wielu naukowców uważane są wręcz za najważniejsze osiągnięcie w dziedzinie fotowoltaiki od czasu wynalezienia ogniw krzemowych. Fotowoltaika perowskitowa oferuje bowiem możliwość stosowania ogniw, które są nie tylko wydajne i tanie w sposobie wytwarzania, ale także lekkie, cienkie i elastyczne. Jednak zastosowanie samych materiałów perowskitowych jest dużo szersze i obejmuje także m.in. fotokatalizę, diody elektroluminescencyjne (LED) czy detektory promieniowania jonizującego.

MHP są zwykle wytwarzane w laboratoriach za pomocą klasycznych metod mokrej chemii, które wymagają stosowania rozpuszczalników organicznych. Podejście to wiąże się jednak z istotnymi problemami, w tym związanymi z wytwarzaniem ograniczonej palety MHP wynikającej z braku możliwości stosowania substratów nierozpuszczalnych, a także niestabilnością otrzymanych dyspersji koloidalnych.

Prof. Janusz Lewiński wraz z zespołem zaproponował alternatywne, pionierskie podejście, w którym MHP są syntetyzowane w prosty i wydajny sposób przy użyciu bezrozpuszczalnikowej metody mechanochemicznej, czyli poprzez bezpośrednią, indukowaną energią mechaniczną, reakcję substratów w formie stałej. Takie podejście zapewnia większą powtarzalność procesu syntezy i możliwość użycia większej liczby substratów, a tym samym możliwość otrzymania perowskitów nieosiągalnych w procesie mokrej chemii. Ponadto otrzymane mechanochemicznie materiały perowskitowe (tzw. mechanoperowskity) są wysoce trwałe w atmosferze obojętnej.

Co więcej, ogniwa fotowoltaiczne wytworzone z wykorzystaniem mechanoperowskitów charakteryzują się lepszą wydajnością i dłuższą żywotnością, co wynika z mniejszej liczby defektów strukturalnych. Te bardzo korzystne właściwości użytkowe mechanoperowskitów opracowanych przez zespół prof. Lewińskiego zostały potwierdzone w ramach współpracy z czołowymi zagranicznymi laboratoriami badawczymi zajmującymi się wytwarzaniem perowskitowych ogniw fotowoltaicznych. Co równie istotne, opracowane bezrozpuszczalnikowe mechanochemiczne metody syntezy cechują się obniżonym kosztem środowiskowym, w tym w szczególności wysoką efektywnością atomową (ang. atom efficiency) i energetyczną, czym wpisują się w rosnący na znaczeniu nurt „zielonej chemii”. To właśnie w tym kontekście mechanochemia znalazła się na ogłoszonej przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) liście „10 innowacji, które zmienią świat”.

Nowa, mechanochemiczna metoda syntezy perowskitów otwiera drogę do szerszego ich wykorzystania praktycznego, a także stanowi dogodną platformę do implementacji przemysłowej produkcji perowskitowych ogniw fotowoltaicznych oraz potencjalnego zastąpienia powszechnie dzisiaj stosowanych krzemowych urządzeń fotowoltaicznych.

O laureacie

Prof. Janusz Lewiński jest kierownikiem Zakładu Chemii Metaloorganicznej i Katalizy na Wydziale Chemicznym PW (od 2014 roku) oraz Zespołu „Kompleksy Koordynacyjne i Materiały Funkcjonalne” w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. 

Jest jednym z pionierów odrodzenia mechanochemii jako niezwykle efektywnej i ekologicznej metody syntezy związków chemicznych i otrzymywania materiałów funkcjonalnych. 

Współkierował dwoma dużymi projektami UE (FP7 Noblesse i H2020 FET-Open GOTSolar). Był także kierownikiem ponad 20 projektów naukowych finansowanych przez najważniejsze polskie instytucje finansujące badania naukowe: Fundację na rzecz Nauki Polskiej (m.in. dwukrotnie projekt TEAM) i Narodowe Centrum Nauki (m.in. dwukrotnie grant MAESTRO). 

Prof. Lewiński łączy badania podstawowe ze stosowanymi, czego wyrazem jest ponad 20 patentów, których jest autorem lub współautorem. W 2016 roku założył spółkę Nanoxo zajmującą się rozwojem chemii i technologii nanometrycznych form półprzewodników, tzw. kropek kwantowych, niezawierających metali ciężkich oraz materiałów perowskitowych.

Badania prowadzone przez prof. Janusza Lewińskiego mają multidyscyplinarny charakter – jego zainteresowania obejmują zarówno fundamentalną chemię nieorganiczną i metaloorganiczną, jak też katalizę, chemię oraz inżynierię materiałów i nanomateriałów funkcjonalnych, a także nanotechnologię. Charakterystyczną cechą badań prowadzonych w jego zespole jest wdrażanie badań podstawowych na poziomie molekularnym do praktycznych zastosowań w wytwarzaniu materiałów funkcjonalnych.

O nagrodzie

Nagroda Fundacji na rzecz Nauki Polskiej jest uznawana za najważniejsze wyróżnienie naukowe w naszym kraju, bywa nawet nazywana polskim Noblem. To nagroda indywidualna, przyznawana przez Radę Fundacji w drodze konkursu. Laureaci są wybierani z grona kandydatów zgłaszanych przez wybitnych przedstawicieli środowiska naukowego, zaproszonych imiennie przez Radę i Zarząd FNP. Rada FNP pełni rolę Kapituły konkursu i dokonuje wyboru laureatów na podstawie opinii niezależnych ekspertów i recenzentów – głównie z zagranicy – oceniających dorobek kandydatów. Nagroda jest przyznawana w czterech obszarach: nauk o życiu i o Ziemi, nauk chemicznych i o materiałach, nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich oraz nauk humanistycznych i społecznych.

Źródło: Fundacja na rzecz Nauki Polskiej