Nobelio premija chemijos srityje – Gerhardui Ertlui

Žvilgsnis į laureato publikacijų sąrašą

Prof. Eimutis JUZELIŪNAS, Chemijos instituto direktorius

2004 m. pasirodė Amerikos Chemikų draugijos žurnalo Journal of Physical Chemistry B specialusis numeris, skirtas vokiečių chemiko Gerhardo Ertlo (Gerhard Ertl) mokslinei veiklai pažymėti. Tuomet šio žurnalo vyriausiasis redaktorius pasakė: „Šis žmogus ketina vieną dieną gauti Nobelio premiją.“ Jo žodžiai išsipildė po trejų metų. Nobelio premija chemijos srityje 2007 m. buvo paskirta prof. G. Ertlui už cheminių procesų tyrimus ant kietųjų paviršių. Panaši Nobelio premija buvo įteikta 1932 m., kai laureatu tapo Irvingas Langmuiras (Irving Langmuir, 1881–1957) už tyrimus ir atradimus paviršiaus chemijoje.

Gerhardas Ertlas gimė 1936 m. spalio 10 d. Vokietijoje Bad Cannstadt mieste (šiuo metu yra Štutgarto dalis). Jis mokėsi Štutgarto technikos universitete (1955–1957), vėliau Paryžiaus universitete (1957–1958) ir Liudviko Maksimiljano universitete (Ludwig Maximilians Universität) Miunchene (1958–1959). 1965 m. Miuncheno technikos universitete įgijo daktaro laipsnį. Po habilitacijos 1967 m., būdamas tik 31 metų, G. Ertlas tapo Hanoverio technikos universiteto Fizinės chemijos ir Elektrochemijos instituto direktoriumi bei profesoriumi. Vėliau – ir Liudviko Maksimiljano universiteto Fizikinės chemijos instituto direktoriumi ir profesoriumi (Miunchenas). 1985 m. paskiriamas Makso Planko (Max Planck) draugijos Frico Haberio (Fritz Haber) instituto direktoriumi Berlyne. Šias pareigas profesorius ėjo iki 2004 metų. Dabar tame pačiame institute laureatas yra profesorius emeritas.

Įdomiausia, kad Makso Planko draugija ir Frico Haberio institutas pavadinti taip pat Nobelio premijos laureatų vardais. Taigi G. Ertlas pratęsė šias garbingas tradicijas.

Kaip teigia pats laureatas, dažniausiai yra manoma, jog chemikai daugiausia tyrinėja reiškinius, vykstančius skysčiuose arba dujose, tačiau praktiniu ir moksliniu požiūriais labai svarbi kietųjų kūnų paviršiaus chemija. Autorius darbai padėjo gerokai išplėsti paviršiaus cheminių savybių suvokimo ribas, o tai leido geriau suprasti tokius reiškinius kaip visuotinis atšilimas dėl atmosferos ozono sluoksnio plonėjimo (reakcijos stratosferoje vyksta smulkių ledo dalelių paviršiuje), ekologiškų kuro elementų veikimas (pavyzdžiui, hibridiniuose automobiliuose), metalų korozija ar automobilių išmetamų teršalų kiekio sumažinimas panaudojant katalizatorius.

Buvo įdomu gilintis į G. Ertlo publikacijų sąrašą, nes daugelyje jo tirtų sričių yra atliekami tyrimai ir Chemijos institute, Vilniuje.

Pirmoji laureato publikacija pasirodė 1961 m. žurnale Berichte der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie. Ji yra skirta greitoms disociacijos reakcijoms, kai sistema paveikiama temperatūros šuoliu, sukeltu mikrobangų impulsu. Straipsnio eksperimentinė medžiaga – autoriaus diplominio darbo dalis. Darbas publikuotas vokiečių kalba (matyt, tuo metu globalizacijos vėjai dar stipriai nepūtė). Publikacijos bendraautorius ir darbo vadovas – Haincas Gerišeris (Heinz Gerischer), kuris elektrochemikams yra gerai žinomas kaip vienas iš puslaidininkių elektrochemijos ir fotoelektrochemijos kūrėjų. Tuo metu H. Gerišeris dirbo Makso Planko draugijos Metalų tyrimo institute. Pažymėtina, kad Lietuvoje fotoelektrochemijos srityje dirba Chemijos instituto mokslo drabuotojai A. Survila ir P. Kalinauskas.

G. Ertlo daktaro disertacijos tyrinėjimų sritis – vandenilio oksidacijos kinetika ant germanio monokristalų. Po daktaro (vok. Dr. Rer. Nat.) laipsnio suteikimo fizikinės chemijos srityje G. Ertlas pradėjo habilitacijos darbo projektą. Habilitacijos darbo tema: Paviršiaus struktūros ir reaktyvumo tyrimai panaudojant žemos energijos elektronų difrakciją. Darbas, kurį pabaigęs autorius gavo privatdocento vardą, buvo atliktas per dvejus metus.

Pirmasis autoriaus pionieriškas paviršiaus mokslo straipsnis pasirodė 1966 m. žurnale Surface Science (G. Ertlas buvo šio žurnalo regioniniu redaktoriumi nuo 1977 iki 1986 m.). Darbe nagrinėjamos paviršiaus struktūros bei reakcijos ant vario monokristalų. Lietuvoje elektrochemines reakcijas ant vario monokristalų tyrinėjo R. Sližys, S. Žukauskas, E. Sabonienė, P. Miečinskas ir E. Juzeliūnas.

G. Ertlas yra paskelbęs apie 670 mokslo darbų. Per dvi dešimtis straipsnių autorius publikavo prestižiškiausiuose žurnaluose Nature (5 straipsniai) ir Science (18 straipsnių). Stebina nepaprastai didelė autoriaus darbų gausa. Antai 1995 m. jis publikavo 45 darbus, du iš jų žurnale Science. Po metų pasirodė 29 publikacijos, trys iš jų žurnale Science. Suprantama, kad dirbti tokiu tempu, kai vos ne kas savaitę publikuojama po mokslinį straipsnį, reikia kolektyvinių pastangų. Tai akivaizdus ne tik lyderio, bet ir Fizikinės chemijos departamento bei viso Frico Haberio instituto aukštas mokslinis bei organizacinis lygis. Kita vertus, laureatas yra publikavęs 76 straipsnius be bendraautorių. Tokie rezultatai eksperimentiniame moksle, kur dažniausiai reikia kolektyvinių pastangų, yra fenomenalūs.

Kaip jau minėta, laureatui Nobelio premija buvo paskirta už cheminių procesų tyrimus ant kietųjų paviršių. Tačiau tokią formuluotę būtų galima kiek patikslinti. Dauguma autoriaus tyrimų buvo atlikti ant elektrai laidžių paviršių, t. y. metalų ir puslaidininkių, o tokios sistemos yra priskiriamos elektrochemijos sričiai. Neatsitiktinai daugelis jo darbų publikuota elektrochemijai skirtuose žurnaluose: Electrochimica Acta, Journal of Electroanalytical Chemistry Journal of Electrochemical Society, Faraday Discussions, Journal of Physical Chemistry B.

Smulkiau apžvelgti autoriaus tyrinėjimų sritis nėra paprasta, nes jų gana daug. Todėl paminėsime tik tas sritis, kuriose aktyviai dirbama Lietuvoje, daugiausia Chemijos institute.

Profesorius G. Ertlas tyrinėjo deguonies, vandenilio, azoto, anglies monoksido, metanolio, organinių rūgščių adsorbcijos ir elektrocheminės oksidacijos mechanizmus ant rutenio dioksido, platinos, aukso bei modifikuotų elektrodų. Dalis šių tyrimų yra svarbūs kuriant kuro elementus (angl. fuel cells), kuriuose kaip kuras naudojami vandenilis ar metanolis. Iš Lietuvos mokslininkų šioje srityje labai produktyviai dirba Z. Jusys; pastaraisiais metais jis darbuojasi Ulmo universitete (Vokietija). Malonu, kad Z. Jusys šią vasarą pagal protų susigražinimo programą viešėjo Chemijos institute ir skaitė paskaitą apie elektrochemines sistemas, aktualias kuro elementų gamyboje. Paviršiaus elektrokatalizės reiškinius taip pat tyrinėja Chemijos instituto mokslo darbuotojai A. Vaškelis ir E. Norkus.

G. Ertlas taip pat tyrinėjo vario elektrochemiją. Kinetiniams tyrimams buvo panaudota elektrocheminė kvarco kristalo mikrogravimetrijos (EQCM) metodika. Tyrimai atlikti kartu su EQCM ekspertu Konradu Vailu (Konrad Weil), kuris 1997–2003 m. buvo Frico Haberio institute vizituojantis mokslininkas. Profesorius K. Vailas pranešimus taip pat yra skaitęs Lietuvoje, Baltijos šalių elektrochemijos konferencijoje. Chemijos institute vario elektrocheminės kinetikos tyrimus taip pat atliko K. Leinartas, V. Kapočius, A. Survila ir E. Juzeliūnas.

Pastaraisiais metais G. Ertlas tyrė adsorbcijos ir katalizės reiškinius ant rutenio dioksido paviršiaus. Šio oksido laidumas prilygsta metalų laidumui, be to, iš kitų jis išsiskiria katalitiniu efektu ir didele elektrine talpa (angl. supercapacitors). Chemijos institute rutenio dioksido elektrochemijos tyrimus atlieka P. Miečinskas, K. Leinartas ir E. Juzeliūnas.

Kita labai svarbi Nobelio laureato tyrimų sritis – paviršiumi sustiprinta Ramano spektroskopija. Autoriaus ypač sutelkė dėmesį į vienos molekulės spektroskopiją ir adsorbcijos procesus. Chemijos institute taip pat dirba Ramano spektroskopijos ekspertas G. Niaura. Jis yra atlikęs fundamentinius adsorbcijos tyrimus ant vario elektrodų, bioelektrocheminėse sistemose ir kitur.

Vandenilio sąveikos su metalų paviršiais tyrimai aktualūs metalų korozijos procesams. Nobelio premijos komitetas pabrėžė vieną svarbiausių G. Ertlo nuopelnų: laureatas paaiškino, kodėl rūdija geležis. Chemijos institute panašioje srityje darbuojasi Medžiagotyros ir korozijos skyrius. Mokslo darbuotojai gilinasi į nanogravimetrinius korozijos tyrimus, magnetroninį lydinių formavimą ir jų savybes, mikrobiologinę koroziją, struktūrinių faktorių įtaką metalų korozijai, biotepalų chemiją, jų įtaką korozijai ir t. t. (R. Ramanauskas, K. Leinartas, P. Miečinskas, S. Asadauskas, A. Lugauskas, E. Juzeliūnas).

Laureatas taip pat daug dėmesio skyrė platinos ir aukso elektrocheminių sistemų tyrimams bei paviršiaus nanostruktūrinimui. Chemijos institute šiose srityse dirba K. Juodkazis, J. Juodkazytė ir A. Jagminas.

Gerhardas Ertlas yra subūręs savo mokinių ir bendradarbių profesinę bendruomenę. Ją sudaro 110 doktorantų, 9 kolegos, jo grupėje apgynę habilitacinius darbus, ir 58 prestižinio Aleksandro fon Humbolto (Alexander von Humboldt) fondo stipendiatai ar premijų laureatai. Šie mokslininkai sudaro tam tikrą virtualų mokslo darinį, kuris ateityje, be abejo, padarys dar ne vieną proveržį elektrochemijos, paviršiaus mokslo bei technologijų srityse.