Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2018/2019 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2017/2018), další rok (2019/2020)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2018/2019 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Anotace:
Reaktivita systémů obsahujících vzácné kovy (Pt, Pd, Rh) a oxid ceru je dlouhodobě studována i využívána v praxi. Uplatňuje se zde vlastnost oxidu ceru, který dokáže podpořit reakci tím, že uvolňuje nebo na sebe váže kyslík a krom toho v kombinaci s deponovaným vzácným kovem vytváří i speciální struktury, které ještě reaktivitu systému zvyšují.
Výše jmenované kovy jsou velmi drahé a v současnosti jsou činěny pokusy, jak je nahradit levnějším materiálem. Jedním takovým kovem může být i vanad. Bylo publikováno několik prací, které se kombinací oxidu ceru a vanadu a reaktivitou tohoto systému zabývaly.
Cílem práce bude vytvořit definované orientované vrstvy oxidu ceru a změřit a interpretovat vliv této orientace CeO2(111)/Rh(111), případně CeO2/(111)Cu(111) a CeO2(110)/Rh(110) na katalytické vlastnosti deponované nespojité vrstvy vanadu.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámit se s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a Termodesorpční spektroskopií (TDS).
2) Prostudovat ty části doporučené literatury, které se týkají problematiky studované ve vypsané práci.
3) Připravit orientované vrstvy CeOx na Rh(111) a Rh(110) a deponovat vhodný kov (pravděpodobně V). Systém charakterizovat pomocí XPS a metodou TDS proměřit jeho adsorpci CO.
4) Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literatura
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992. (Povrch látky, jeho chování a vlastnosti, metody výzkumu)
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345. (Interakce povrchu s plyny, termodesorpční spektroskopie)
3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie)
4) Miroslav Kettner, Reactivity of transitiion metals - influence of the degree of oxidation of active substrate, Disertační práce, MFF UK Praha, 2017 (Příprava a chatrakteristika orientovaných vrstev CeO2)
5) A. M. Salvi et al., Surf. Interface Anal. 2001; 31: 255–264 (Příklad XPS měření na směsném oxidu Ce a V)
Vedoucí: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Anotace:
Práce navazuje na výzkum, který naše skupina provádí společně s FS ČVUT (příprava materiálů) a FzÚ AV ČR (studium růstu kostních buněk na biokompatibilních materiálech) již několik let. Jedná se o charakteristiku použitých materiálů, jejich stabilitu a změny v použitých mediích podobným tělesnému prostředí (FR - Fyziologický roztok, HBSS - Hank´s balanced sell solution - Hanksův roztok, SBF - Simulated body fluid atd).
Mechanické vlastnosti používaných materiálů jsou velmi dobře známé, zatímco vlastnosti povrchové vrstvy (2 - 3 nm), která přichází do přímého styku s tělesným prostředím, se studují daleko méně. Přitom stav povrchu (chemický stav a tedy elektronová struktura, hrubost) silně ovlivňují použitelnost materiálů pro medicínské účely.
Ve vypsané práci se zaměříme na studium elektronové struktury povrchů studovaných materiálů (metodou XPS) a pokusíme se srovnat ji s výsledky, které získává spolupracující pracoviště ve FzÚ AV ČR při laboratorním studiu (in vitro) růstu kostních buněk na nich.
Materiály budeme studovat tak, jak budou připraveny i po interakci s výše zmíněnými roztoky, které mění stav povrchu a tím i jeho elektronovou strukturu. Vzhledem k tomu, že při in vitro experimentech jsou buňky obsažené v těchto nebo podobných roztocích, je povrch při experimentech modifikován podobně. Můžeme tedy z našich výsledků učinit závěry, který stav povrchu podporuje dobrý růst buněk (a tedy biokompatibilitu). Srovnání se vzorky dodanými z FzÚ AV ČR po provedených in vitro experimentech se předpokládá.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámit se s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS)
2) Prostudovat ty části doporučené literatury, které se týkají problematiky studované ve vypsané práci.
3) Ve spolupráci s FS ČVUT a FzÚ AV ČR studovat vliv povrchových vlastností materiálů pro kloubní náhrady (např. Ti, TiNb, TiAlV) na výsledky in - vitro experimentů.
4) Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literatura
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992. (Povrch látky, jeho chování a vlastnosti, metody výzkumu)
2) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie)
3) Časopisecké články podle doporučení vedoucího práce
Vedoucí: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333
Anotace:
Katalyzátory pro energetiku na bázi vodíku, zejména pro konverzi energie v palivovém článku, jsou nanostrukturované materiály s komplexním povrchem, kterému chybí uspořádání na dlouhou vzdálenost. Pro porozumění fyzikálně-chemických principů jejich katalytické aktivity je používán tzv. modelový přístup – jsou připravovány vysoce uspořádané vzorky katalyzátorů, které jsou přehledné pro mikroskopické techniky a umožňují posoudit vliv různých povrchových struktur na aktivitu katalyzátorů [1].
Cílem vypisované bakalářské práce je připravit uspořádaný substrát pro modelovou katalýzu v podobě tenké vrstvy oxidu ceru s krystalografickou orientací (100) nebo (110). Orientace povrchu tenké vrstvy určuje prostorové uspořádání povrchových atomů a související fyzikální a chemické vlastnosti povrchu. Morfologie povrchu tenké vrstvy bude charakterizována metodou rastrovací tunelové mikroskopie (STM), která zobrazuje povrch modelových katalyzátorů až s atomárním rozlišením [2,3], chemický stav vrstvy metodou rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) [4].
Bakalářská práce bude prováděna na aparatuře, která umožňuje studium vzorků pomocí STM a integrálních povrchových technik (adsorpce, desorpce, hmotnostní spektroskopie, XPS -fotoelektronová spektroskopie, LEED – difrakce elektronů). Práce je součástí rozsáhlých aktivit skupiny fyziky povrchů v heterogenní katalýze, při kterých je dosahováno výsledků mezinárodní úrovně [5,6]. Výsledky práce budou základem pro navazující studie katalytické aktivity oxidu ceru.
1) Seznámení se s experimentálními metodami STM, XPS
2) Příprava tenkých vrstev oxidu ceru s orientací (100) nebo (110)
3) Měření morfologie a chemického složení tenkých vrstev
4) Vyhodnocení a prezentace získaných dat
Seznam odborné literatury:
[1] Helmut Kuhlenbeck, Shamil Shaikhutdinov, and Hans-Joachim Freund. 2013. “Well-Ordered Transition Metal Oxide Layers in Model Catalysis--a Series of Case Studies.” Chemical Reviews 113: 3986–4034. doi:10.1021/cr300312n.
[2] C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, 2007)
[3] F. Dvořák, Dizertační práce, KFPP MFF UK, 2014.
[4] L Eckertová (Ed.), Elektronová spektroskopie (Academia, Praha, 1990)
[5] Albert Bruix, et al., 2014. “Maximum Noble-Metal Efficiency in Catalytic Materials: Atomically Dispersed Surface Platinum.” Angewandte Chemie International Ed. 53 (39): 10525–30. doi:10.1002/anie.201402342.
[6] Filip Dvořák, et al., 2016. “Creating Single-Atom Pt-Ceria Catalysts by Surface Step Decoration.” Nature Communications 7: 10801. doi:10.1038/ncomms10801.
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Konzultant: doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc
Anotace:
Ftalocyaniny (Pc) s atomem různých kovů a případnou substitucí vodíkových atomů ve vnějších cyklech představují slibné stavební prvky pro molekulární elektroniku. Současná elektronika se opírá o rozvinuté křemíkové technologie a tak je zkoumání planárních molekulárních struktur, jaké mohou tvořit ftalocyaniny, na površích křemíku v popředí zájmu. Studium se opírá o experimentální data získaná zejména pomocí skenovací tunelové mikroskopie (STM), která dokáže zobrazit povrch pevné látky s atomárním rozlišením. STM lze využít také pro zkoumání povrchové elektronové struktury a pro záznam povrchových procesů.
Naše měření pomocí STM při pokojové teplotě ukazují nestabilní adsorpci molekuly ftalocyaninu na jednom typu defektů (substitučním dvojdefektu) přítomných na povrchu Si(111) pasivovaného atomy Sn nebo In. Molekula se v STM zobrazuje rozmazaným – „fuzzy“ způsobem. Pohyb molekuly se projevuje dvoustavovými fluktuacemi tunelového proudu, pokud se hrot mikroskopu nachází nad molekulou. Měření naznačují, že nestabilní adsorpce se dá hrotem aktivovat. Pomocí hrotu lze molekulu z defektu i odstranit. Téma bakalářské práce je zaměřeno na doplnění informací o adsorpční pozici resp. pozicích molekul na dvojdefektu, mechanismu vzniku fluktuací tunelového proudu a prozkoumání efektu z hlediska jeho využití jako paměťového jevu. Pro měření bude možné využít STM měření při snížených teplotách, při kterém je možno zkoumat možnost hrotem aktivované změny adsorpční pozice na dvojdefektu.
1. Porozumět principu měření pomocí STM a interpretaci obrazu.
2. Zvládnutí techniky měření a sběru dat na experimentálním zařízení s STM.
3. Příprava vzorků pro studium chování molekul ftalocyaninu na povrchu křemíku pasivovaného kovem.
4. Zobrazení a výběr objektů vhodných pro měření pomocí STM při pokojové a snížené teplotě a jejich měření.
5. Analýza a diskuse získaných dat, zhodnocení použité metody.
Seznam odborné literatury:
1. Metody analýzy povrchů: iontové, sondové a speciální metody. Editoři: L. Frank, J. Král, Academia, Praha 2002.
2. Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993
3. Další literatura podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: Doc. RNDr.Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Organické molekuly jsou používány pro vytváření organických polovodivých vrstev v OLED diodách, FET tranzistorech i solárních článcích. Pro integraci organických polovodičů do současné polovodičové technologie je stále intenzivněji studována problematika uspořádaného růstu organických molekul na upravených/pasivovaných polovodičových površích. Velmi zajimavé jsou pokusy o samovolný růst molekulárních drátů a organických sítí. Pro tyto účely je důležité mít možnost zkoumat lokálně vlastnosti jednotlivých molekul, měnit jejich nábojový stav a charakterizovat transport náboje molekulou. Nezastupitelnou roli v této oblasti sehrávají lokální techniky jako STM a AFM, které umožňují nejen atomární zobrazení zkoumaných molekul a charakterizaci jejich elektronických vlastností, ale umožňují i manipulace s jednotlivými atomy a molekulami.
Cílem práce je definovaná depozice vybraných molekul (ftalocyaniny a porfyriny) na kovem pasivovaný povrch křemíku (In/Sn-Si(111)) a následná charakterizace vzniklých molekulárních struktur pomocí tunelové mikroskopie, zahrnující rovněž studium vzájemným interakcí molekul a manipulaci molekul pomocí hrotu STM.
1) Detailní seznámení se s metodou STM
2) Zvládnutí depozice vybraného druhu molekul.
3) Charakterizace deponovaných struktur pomocí STM
4) Vyhodnocení experimentů
Seznam odborné literatury:
1. B. Voigtlaender: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015.
2. Methods of experimental physics: Scanning tunneling microscopy, ed.by J.A.Stroscio,W.J.Kaiser, Academic Press Ltd.,1993
3. Aktuální dostupná časopisecká literatura
Vedoucí: RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. - A231, A228, tel. 2226, 2315
Anotace:
Vesmírný prach je často složen z různých druhů ledu. Z měření sondy Cassini se kupříkladu ukazuje, že prstence Saturnu jsou tvořeny především ledovými zrnky rozličných rozměrů. V naší laboratoři se zabýváme experimentální simulací nabíjení vesmírných prachových zrnek. Jestliže pro dielektrické materiály jsou dostupné materiálové konstanty (pro mikronové objekty) řídké, pro ledová zrnka téměř neexistují, přestože jsou pro řadu simulací klíčové. Proto bychom je chtěli v budoucnu měřit. Podstatou bakalářské práce je tedy navrhnout zdroj definovaných ledových zrn tak, aby bylo možné je následně umístit do vakuového experimentu a provést příslušná měření. Vlastní práce bude spočívat především v rešerši možných řešení zdroje ledových částic, na základě rešerše rozhodnout o nejvhodnější variantě řešení a navrhnout, jak takový zdroj zkonstruovat.
Cílem navrhované bakalářské práce je rešerše a ideový návrh zdroje ledových zrn. Konkrétně lze dílčí úlohy práce shrnout takto:
1. Provést důkladnou rešerši současných metod generování ledových zrnek,
2. zhodnotit výhody a nevýhody jednotlivých řešení,
3. navrhnout zdroj ledových zrn s ohledem na jeho využití ve vakuu.
Seznam odborné literatury:
[1] P. V. Hobbs, Ice Physics. Oxford University Press, Oxford, 1974/2010.
[2] J. F. O'Hanlon: A User's Guide to Vacuum Technology. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2003.
[3] L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992.
[4] Časopisecká literatura po dohodě s vedoucím.
Vedoucí: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732
Anotace:
Nanočástice oxidu ceru jsou velmi zajímavým materiálem pro řadu odvětví, mohou být využity např. jako katalyzátor v palivových článcích či slouží k odstranění NOx, CO a dalších nezreagovaných uhlovodíků z výfukových plynů, míchání částic ceria s naftou dramaticky snižuje přítomnost sazí v naftových výfukových plynech. Díky svým UV-blokujícím charakteristikám je zajímává aplikace v kosmetickém průmyslu v prostředcích na ochranu proti slunci. Hlavní využití částic ceria spočívá v chemicko-mechanickém leštění silikátových skel při výrobě LCD displejů. Kromě jiného oxid ceru vykazuje vysokou biologickou kompatibilitu a excelentní redukčně oxidační schopnosti a díky tomu je považován za jeden z nejslibnějších materiálů, který je schopen chránit buňky před oxidačním stresem vyvolaným různými fyzikálními nebo chemickými faktory. Téměř všechna tato použití nanočástic ceria závisí na tom, jak snadno se částice redukují a oxidují. Snadná oxidace a redukce (povrchová katalytická aktivita) CeO2 souvisí s přepínáním mezi oxidačními stavy ceru Ce4+ a Ce3+ a schopností absorbovat či uvolňovat kyslík z míst blízko povrchu.
V rámci bakalářské práce se zaměříme na studium elektronové struktury komerčně dostupných nanočástic CeO2 v redoxně/oxidačních podmínkách (O2, H2O, H2) pomocí fotoelektronové spektroskopie v podmínkách blízkých atmosférickému tlaku (NAP XPS).
Cílem práce bude zjistit, jak redoxně oxidační podmínky ovlivňují vytváření kyslíkových vakancí na povrchu nanočástic, které je doprovázeno redukcí Ce4+ na Ce3+, a zda při interakci vakancí s molekulárním kyslíkem lze pozorovat vytváření aktivních kyslíkových druhů na povrchu nanočástic.
Zásady pro vypracování:
1) Studium doporučené literatury
2) Seznámení se s principy fotoelektronové spektroskopie a aparaturou, která bude ke studiu používána.
3) Přípravy nanočástic oxidu ceru žíháním v redukčně oxidačních podmínkách.
4) Studium interakce nanočástic CeO2 s plyny metodou NAP XPS.
5) Vyhodnocení výsledků a sepsání práce.
Literatura
1) Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
2) D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990, ISBN 0-471-92081-9
3) Ambient Pressure Photoemission Spectroscopy Reveals the Mechanism of Carbon Soot Oxidation in Ceria-Based Catalysts
Soler, L; Casanovas, A; Escudero, C; Perez-Dieste, V; Aneggi, E; Trovarelli, A; Llorca, J CHEMCATCHEM 8 (17), 2748-2751, 2016
4) Formation of Superoxide Anions on Ceria Nanoparticles by Interaction of Molecular Oxygen with Ce3+ Sites
Preda, G; Migani, A; Neyman, KM; Bromley, ST; Illas, F; Pacchioni, G JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 115 (13) 5817-5822, 2011
5) Odborné články dle doporučení vedoucí práce
Vedoucí: Mgr. Mykhailo Vorokhta, Ph.D.
Anotace:
Navrhovaná bakalářská práce bude zaměřena na studium chemických vlastností reálných katalytických vrstev Pt-CeOx pomocí metody vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie.
Cílem práce bude zjistit chemický stav platiny a její roli v procesech probíhajících na povrchu katalyzátoru pro palivové články za podmínek blízkých k reálným pracovním podmínkám palivového článku s polymerní membránou.
Zásady pro vypracování:
1. Studium doporučené literatury a seznámení se s principy diagnostických metod používaných v laboratoři (XPS, UPS, LEED)
2. Seznámení se s aparaturou NAP-XPS (jedná se o jediné zařízení tohoto typu v celé České republice, na světě jich funguje pouze několik desítek)
3. Příprava nanostrukturovaných tenkovrstvových katalyzátorů na bázi oxidu ceru dopovaného malým množstvím platiny metodou magnetronového naprašování.
4. Studium interakce připravených vrstev s vodíkem a kyslíkem metodou NAP-XPS.
5. Vyhodnocení výsledků a sepsání práce
Literatura
1. Polymer Electrolyte Fuel Cell, A. A. Franco, Pan Standford Publishing, Singapore 2013, ISBN 978-981-4310-82-6.
2. Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
3. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, vol. 2 – Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990, ISBN 0-471-92081-9.
4. M. Salmeron and R. Schlogl, Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology, Surf. Sci. Rep. 63, 169–199, 2008.
5. Články v literatuře podle doporučení vedoucího.
Vedoucí: RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. - A131, A132, tel. 2243, 2734, 2732
Konzultant: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732
Anotace:
V souvislosti se zvyšujícím se zastoupením oxidu ceru v oblasti heterogenní katalýzy roste i význam studia modelových katalyzátorů CeOx, které přispívá k objasnění mechanismů probíhajících na reálných systémech. V poslední době je věnována velká pozornost katalyzátorům s vysokou disperzí aktivního kovu, tzv. single-atom catalyst, které mnoha parametrech vykazují lepší výsledky než katalyzátory s nanočásticemi a navíc minimalizují spotřebu vzácných kovů. Například na systému nanočástic CeO2 s ionotovou monoatomární Pt byla pozorována oxidace CO již při 60 ⁰C [1].
Skupina povrchů se dlouhodobě zabývá epitaxními vrstvami ceru připravenými na orientovaných površích mědi, které vykazují výslednou orientaci povrchu oxidu ceru (111). Podařilo se též připravit definované vrstvy CeOx/Cu(111), s vysoce dispergovanou Pt (jednotlivé atomy), která byla v iontové formě stabilizována na okrajích monoatomárních schodů oxidu ceru [2]. Tento systém bude výchozím modelem pro studium reaktivity s CO a vodními parami.
Experimenty budou probíhat na aparatuře vybavené metodami fotoelektronové spektroskopie (XPS,UPS, XPD, ARUPS) a difrakcí pomalých elektronů (LEED).
Zásady pro vypracování:
1. Studium literatury
2. Seznámení s měřící aparaturou XPS/UPS/ISS/LEED
3. Příprava vrstev Pt/CeOx/Cu(111) s atomární disperzí Pt
4. Charakterizace vrstev metodami XPS, UPS, LEED, studium adsorpce CO a vodních par
5. Zpracování dat
Literatura
1. D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990, ISBN 0-471-92081-9
2. Dvorak, F; Camellone, MF; Tovt, A; Tran, N-D; Negreiros, FR; Vorokhta, M; Skala, T; Matolinova, I; Myslivecek, J; Matolin, V; Fabris, S; Nat. Commun., 7 (Feb): Art. No. 10801 (8 pages), 2016, DOI: 10.1038/ncomms10801
3. Nie L; Mei D; Xiong H; Peng B; Ren Z;Hernandez XIP; DeLaRiva A; Wang m; Engelhard MA; Kovarik L; Datye AK;WangY; Activation of surface lattice oxygen in single-atom Pt/CeO2 for low-temperature CO oxidation, Science 358 (2017) 1419-1423, DOI: 10.1126/science.aao2109
4. časopisecká literatura po dohodě s vedoucím práce