Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2026/2027 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2025/2026), další rok (2027/2028)
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2026/2027 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Anotace:
Víceprvkové materiály známé jako vysokoentropické slitiny (High Entropy Alloy HEA), původně vyvinuté pro inženýrské aplikace přibližně před dvěma desetiletími, přitahují v současné době pozornost díky svému potenciálu pro použití v katalýze a technologiích ukládání a přeměny energie. HEA obvykle obsahují pět nebo více prvků, což jim poskytuje unikátní povrchové vlastnosti, které nejsou dostupné u tradičních katalyzátorů, jako jsou čisté kovy nebo bimetalické slitiny. Systematické studium HEA pro elektrochemické aplikace je však náročné vzhledem k obrovské škále složení a obtížnosti syntézy dobře definovaných a reprodukovatelných vzorků s přesně kontrolovaným složením.
Tato bakalářská práce se zaměří na přípravu tenkých vrstev víceprvkových slitin pomocí magnetronového ko-naprašování s ohledem na optimalizaci parametrů depozice. Cílem je připravit víceprvkové tenké vrstvy s koncentračním gradientem na jednom vzorku, což umožní rychlé zkoumání širokého spektra složení v jediném experimentu. Připravené vzorky budou charakterizovány pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDX) pro ověření jejich morfologie a složení.
Výsledky přispějí k porozumění možností přípravy HEA tenkých vrstev a poskytnou základ pro další studie jejich funkčních vlastností v elektrochemických aplikacích.
Zásady pro vypracování:
1) Rešerše literatury.
2) Seznámení se s metodou přípravy tenkých vrstev a zařízeními SEM a EDX, které budou využívány v rámci této práce.
3) Příprava tenkých vrstev víceprvkových slitin pomocí magnetronového ko-naprašování s ohledem na optimalizaci parametrů depozice.
4) Studium morfologie a složení připravených vrstev.
5) Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.
Literatura:
[1] High-entropy alloys. B.S. Murty, J.V. Yeh, S. Ranganathan, and P.P. Bhattacharjee, Elsevier (2019). ISBN: 9780128005262
[2] J.T. Ren, et al. High-entropy alloys in electrocatalysis: from fundamentals to applications. Chem. Soc. Rev., 2023, 52(23), 8319-8373.
Vedoucí: Doc. Mgr. Michael Vorochta, Ph.D.
Anotace:
Jednou z klíčových strategií směřujících ke klimatické neutralitě je katalytická hydrogenace CO₂ – významného skleníkového plynu – na chemikálie s přidanou hodnotou, například methanol, který nachází uplatnění jak jako palivo, tak jako důležitá chemická surovina. Nedávno byly jako slibné katalyzátory pro tuto reakci navrženy zásadně nové katalytické systémy na bázi In2O3. Detailní pochopení reakčního mechanismu, povahy aktivních míst a vztahů mezi strukturou a reaktivitou na atomové úrovni však zůstává omezené. Tato mezera v základních znalostech významně brání racionálnímu návrhu a optimalizaci katalytických materiálů. Cílem této práce je vyvinout metodologii pro přípravu dobře definovaných tenkých vrstev In2O3 pro jejich pozdější studium při interakci s molekulami CO2, H2 a methanolu. Pro tento účel bude využita unikátní laboratorní infrastruktura věnovaná výzkumu pevných povrchů za kontrolované expozice plynu při zvýšených teplotách.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámit se s laboratorní infrastrukturou pro studium pevných povrchů za kontrolované expozice plynům při zvýšených teplotách, jejíž hlavní součástí je vysokotlaká rentgenová fotoelektronová spektroskopie (NAP-XPS).
2. Prostudovat ty části doporučené literatury, které se týkají problematiky vypsané práce.
3. Epitaxní růst tenkých vrstev oxidu india na povrchu monokrystalu Ru(0001).
4. Studium vlivu teploty substrátu a tlaku kyslíku na kvalitu růstu tenké vrstvy In2O3(111).
5. Zpracování experimentálních dat a sepsaní bakalářské práce.
Seznam odborné literatury
1. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. ISBN 0-471-92081-9 (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie).
2. M. Salmeron and R. Schlogl, Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology, Surf. Sci. Rep. 63, 169–199, 2008.
3. J. Ye et al., Hydrogenation of CO2 for sustainable fuel and chemical production, Science, 80, 387 (2025).
Vedoucí: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D. - A145, L067, tel. 2733, 2763
Anotace:
Palivové články představují atraktivní alternativu ke konverzi energie založené na spalování, protože umožňují přímou přeměnu chemické energie na energii elektrickou bez nutnosti tepelného cyklu. Mezi různými typy palivových článků vzbuzují zvláštní zájem přímé methanolové palivové články (DMFC), a to díky vysoké energetické hustotě a snadné skladovatelnosti kapalného methanolu.
Zatímco konvenční DMFC pracují v kyselém prostředí (s protonově výměnnou membránou), palivové články s aniontově výměnnou membránou (AEMFC) se ukazují jako slibná alternativa. Provoz v alkalickém prostředí přináší několik potenciálních výhod, včetně rychlejší kinetiky oxidace methanolu, lepší aktivity redukce kyslíku a možnosti využití neplatinových katalyzátorů na katodě.
Navzdory těmto výhodám však optimalizace AEM palivových článků napájených methanolem dosud není dokončena. Zejména vliv koncentrace methanolu na výkon, ztráty a krátkodobou stabilitu nebyl systematicky studován za identických a kontrolovaných podmínek. Koncentrace methanolu ovlivňuje reakční kinetiku, transport hmoty, průnik methanolu (crossover), tvorbu karbonátů i hospodaření s vodou, a představuje tak klíčový, avšak komplexní parametr.
Cílem tohoto projektu je systematické experimentální studium vlivu koncentrace methanolu na chování jednoho AEM palivového článku s využitím dobře definovaných komerčně dostupných katalyzátorů.
Zásady řešení:
• studium literatury
• měření polarizačních křivek a výkonové hustoty při různých koncentracích methanolu
• analýza změn napětí naprázdno, ohmického odporu a limitujícího proudu
• diskuse výsledků v kontextu průniku methanolu, transportu hmoty a chemie alkalických palivových článků
• příprava experimentální práce
Literatura:
1. Dekel, D. R. Review of cell performance in anion exchange membrane fuel cells Journal of Power Sources 375 (2018), 158–169.
2. Hren et al. Alkaline membrane fuel cells: anion exchange membranes and fuel Sustainable Energy & Fuels 5 (2021), 604–637.
3. Janarthanan et al. A direct methanol alkaline fuel cell based on poly(phenylene) AEM Journal of the Electrochemical Society 161 (2014), F944–F950.
4. Bard, A.J., Faulkner, L.R., 2001. Electrochemical methods: fundamentals and applications, 2. edition. ed. Wiley, New York Weinheim. ISBN 10 0471043729
Vedoucí: RNDr. Tomáš Hrbek, Ph.D. - A125, tel. 22191 2323
Anotace:
Vodíkové technologie představují klíčový pilíř budoucí udržitelné energetiky. Protonově vodivé elektrolyzéry (PEM-WE) i alkalické systémy umožňují efektivní výrobu vodíku, avšak jejich rozvoj je limitován využíváním drahých a vzácných kovů jako katalyzátorů.
Sulfid molybdeničitý (MoS2), představuje perspektivní alternativu díky své nízké ceně, vysoké specifické ploše a kontrolovatelným elektronovým vlastnostem. Konvenční metody přípravy TMD (např. CVD, syntéza z roztoků či exfoliace) poskytují omezenou kontrolu nad strukturou, což komplikuje možnosti využití tohoto materiálu v reálných elektrolyzérech vody.
Magnetronové naprašování je fyzikální metoda depozice materiálů, která umožňuje přesné řízení složení a morfologie a představuje tak moderní přístup pro studium modelových katalyzátorů.
Cílem této bakalářské práce je připravit MoS2 katalyzátor pomocí magnetronového naprašování a charakterizovat jeho elektronovou strukturu, složení a morfologii.
K charakterizaci budou využity metody povrchové analýzy, dominantně rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) a energeticky disperzní rentgenová spektroskopie (EDX), morfologie bude studována pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM).
Zásady pro vypracování:
1. Studium literatury
2. Seznámit se s principem fungování PEM-WE a magnetronového naprašování
3. Seznámit se s charakterizačními metodami SEM, EDX, XPS
4. Připravit MoS2 tenké vrstvy s různými depozičními parametry
5. Provést základní charakterizaci připravených vzorků
6. Vyhodnotit výsledky
7. Napsat bakalářskou práci
Literatura:
[1] W. Li, H. Tian, L. Ma, Y. Wang, X. Liu, X. Gao, Low-temperature water electrolysis: fundamentals, progress, and new strategies, Mater Adv 3 (2022) 5598–5644. https://doi.org/10.1039/D2MA00185C.
[2] R. Wu, H. Zhang, H. Ma, B. Zhao, W. Li, Y. Chen, et al., Synthesis, Modulation, and Application of Two-Dimensional TMD
Heterostructures, Chemical Reviews (2024). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00174
[3] J. Li, Q. Liao (Eds.), PEM Water Electrolysis: Fundamentals and Practice, Elsevier, 2024. ISBN: 978-0-443-24062-1, https://doi.org/10.1016/C2023-0-01237-7
Vedoucí: Yevheniia Lobko, Ph.D. - A 145, tel. 2733
Anotace:
Anotace: Tato bakalářská práce je zaměřena na studium stability a degradačního chování elektrokatalyzátorů na bázi přechodných kovů pro reakci vývoje kyslíku (OER) v alkalickém prostředí. Zvláštní pozornost bude věnována povrchovým vlastnostem a jejich změnám za elektrochemických podmínek. Katalyzátory budou studovány pomocí elektrochemických technik, jako jsou cyklická voltametrie (CV) a akcelerované degradační testy (AST), ve spojení s povrchově citlivou metodou rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS). Cílem práce je korelovat změny v povrchovém složení s katalytickou aktivitou a stabilitou.
Zásady pro vypracování:
1) Studium odborné literatury zaměřené na elektrokatalyzátory pro reakci vývoje kyslíku (OER).
2) Osvojení elektrochemických měřicích technik, zejména cyklické voltametrie (CV) a lineární sweep voltametrie (LSV).
3) Charakterizace povrchového složení a jeho změn pomocí XPS.
4) Studium morfologie a strukturálních změn pomocí SEM a EDX analýzy.
Literatura:
1. Bard, A.J., Faulkner, L.R., 2001. Electrochemical methods: fundamentals and applications, 2. edition. ed. Wiley, New York Weinheim. ISBN 10 0471043729
2. Seh, Z. W.; Kibsgaard, J.; Dickens, C. F.; et al. Combining theory and experiment in electrocatalysis: insights into materials design. Science, 2017, 355, eaad4998. DOI: 10.1126/science.aad4998
3. Trotochaud L., Young S. L., Ranney J. K., Boettcher S. W. Nickel–iron oxyhydroxide oxygen-evolution electrocatalysts: the role of intentional and incidental iron incorporation. Journal of the American Chemical Society, 2014, 136, 18, 6744–6753. DOI: 10.1021/ja502379c
4. Burke M. S., Kast M. G., Trotochaud L., Smith A. M., Boettcher S. W. Cobalt–iron (oxy)hydroxide oxygen evolution electrocatalysts: the role of structure and composition. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137, 3638–3648. DOI: 10.1021/jacs.5b00281