Pro vyřešení komplexních problémů, kterým čelí současná společnost, jako jsou efektivní a cenově dostupné energetické zdroje, technologie pro účinné skladování energie, výkonné katalyzátory a náhrada strategických kovových materiálů pro senzory a terapii, se naši výzkumníci zaměří na návrh, syntézu a aplikace nových materiálů založených na jednoatomovém inženýrství. Tyto pokročilé materiály označované jako Single-Atom Engineered Materials (SAEM) nabídnou zcela nové vlastnosti a příležitosti. Pro přípravu SAEM, tj. materiálů precizně dopovanými na úrovni jednotlivých atomů a s elektronickými vlastnostmi ušitými na míru pro různé aplikace, vyvinou a využijí přesné a robustní nástroje pro racionální, počítačem podporovaný design. Kombinace experimentů a výpočetních metod povede k pochopení vztahů mezi strukturou, vlastnostmi a funkcí SAEM, což je nezbytné nejen pro jejich cílený design ale také pro efektivní uplatnění v praxi. Samotný design bude cílit na vývoj bezpečných a udržitelných materiálů. Vědci posoudí nejen toxicitu či bezpečnost připravovaných materiálů, ale i jejich přijetí ve společnosti a sociální dopady. Současně navrhnou i strategie pro boj s tzv. fake news, které by vnímání nových technologií mohly negativně ovlivnit.

Výzkumníci se budou věnovat výzkumu nové třídy materiálů založených na jednoatomovém inženýrství, které budou mít zásadní význam pro přípravu spolehlivých a cenově dostupných senzorů v oblasti životního prostředí, biomedicíně a biomedicínských terapiích. Cílem je vytvořit materiály, které budou schopny efektivně reagovat na přítomnost různých látek, pracovat v různých prostředích a odolávat rušivým vlivům. Využití několika specifických atomů prostřednictvím SAEM umožní multiplexní detekci analytů. Pro splnění potřeb POC (z angl. Point-of-Care) detekce až na úroveň jednotlivých objektů (molekuly, biomolekuly) bude výrazně zvýšena citlivost, selektivita a robustnost biosenzorů s cílem snížit objemy vzorků na minimum. Toho vědci dosáhnou pomocí  jednoatomového inženýrství aktivních multiplikátorů signálu, tj. nanozymů. Jednoatomové inženýrství umožní rovněž vývoj vysoce specifických terapeutických látek.

Cílem vědců je nalézt technologické řešení nových katalytických procesů. Design, syntéza a aplikace nových katalyzátorů založených na pokročilé anorganické, organické a hybridní podpoře v kombinaci s jednoatomovým inženýrstvím povede k přípravě katalyzátorů se zcela novými vlastnostmi a výkonem. Výzkumné aktivity se zaměří na syntézu jednoatomových katalyzátorů (SAC) založených na aktivních nosičích s řízenou koordinační sférou, detailní charakterizace strukturálních, chemických a elektronických vlastností pro optimalizaci SAC a na výzkum katalytické účinnosti SAC v náročných reakcích a mechanistických studiích. Tato témata nebyla dosud studována, neboť toto studium vyžaduje zcela nové vědecké přístupy a metodiky. Zkoumání  stanoví nové výzvy pro dosažení průlomu v porozumění a účinnosti SAEM v katalýze, což povede ke změně paradigmatu v návrhu SAC nové generace a k patentovatelným výsledkům použitelným v průmyslové syntéze speciálních chemikálií.

Vytvoření nové rovnováhy energetického řetězce je úzce spojeno s intenzivním úsilím o rozvoj udržitelných a účinných způsobů výroby, skladování a dostupnosti energie v obdobích vysoké poptávky. Výzkum se proto zaměří na vývoj nových materiálů na bázi jednotlivých atomů s cílem řešit problémy související s energetickou krizí, umožnit bezpečný přechod k technologiím s nulovými emisemi a najít řešení klíčová pro udržitelnou výrobu a skladování energie. Vědci budou zkoumat vlastnosti SAEM a jejich schopnost katalyzovat energeticky náročné reakce, jako je štěpení vody na vodík a kyslík, a výrobu chemických látek, jako je například peroxid vodíku a přispějí k udržitelné energetice. Současně budou vyvíjet techniky pro monitorování a popis reakčních mechanismů SAEM na povrchu elektrokatalyzátorů a fotokatalyzátorů, což je nezbytné pro návrhy nových systémů.