Katedra fyziky povrchů a plazmatu

Nabídka témat bakalářských prací pro šk. rok 2020/2021

zobrazit předchozí rok (2019/2020), další rok (2021/2022)

POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.

Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok 2020/2021 následující témata bakalářských prací.

Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.

Práce pro zaměření Fyzika povrchů a ionizovaných prostředí (OF)

• Studium reakcí na tenkovstvých katalyzátorech metodami vibrační a hmotnostní spektroskopie (RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.)
• Detailní studium morfologie atomárních řetízků Al na povrchu Si(100)2×1 pomocí STM (Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.)
• Adsorpce organických molekul na povrchu Sn-Si(111)-(√3×√3) při snížených teplotách (Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.)
• Růst molekulárních sítí vázaných vodíkovými vazbami (Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D.)
• Chování polaronů injektovaných na povrch pevné látky (Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D.)
• Funkcionalizace povrchů organickými dvoudimenzionálními supramolekulárními sítěmi. (Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc.)
• Atomárně rozlišené povrchy perovskitů připravených štípáním (Mgr. Martin Setvín, Ph.D.)
• Interakce methanolu s povrchem epitaxních vrstev oxidu ceru o různé stechiometrii (Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr.)
• Teplotně indukovaná rekonstrukce bimetalického katalyzátoru na bázi Pt-Cu pro palivové články (Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.)
• Interakce vodní páry s bimetalickým katalyzátorem na bázi Pt-Cu (Mykhailo Vorokhta, Ph.D.)
• Studium chemických procesů na povrchu senzoru plynu za pracovních podmínek (Mykhailo Vorokhta, Ph.D.)
• Vplyv depozičných parametrov pri magnetónovom naprašovaní na morfológiu a účinnosť katalytickej vrstvy použitej v elektrolyzére vody (RNDr. Peter Kúš, Ph.D.)
• Studium modelového katalyzátoru s iridiem (RNDr. Peter Kúš, Ph.D.)

Studium reakcí na tenkovstvých katalyzátorech metodami vibrační a hmotnostní spektroskopie
Study of reactions on thin-film catalysts by means of vibrational and mass spectroscopies

Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333

Anotace:

Tenkovrstvé materiály se strukturami v rozměrech řádu nanometrů vykazují často zajímavé vlastnosti odlišné od objemových a poskytují široký prostor pro „vyladění“ na požadované vlastnosti. V případě využití jako katalyzátoru jsou podstatné souvislosti mezi fyzickou strukturou materiálu, elektronickou interakcí jeho jednotlivých složek a interakcí povrchu s okolními molekulami. Podrobné znalosti tohoto typu jsou typicky získávány prostřednictvím kombinace tzv. modelových experimentálních studií a teoretických výpočtů. Potřebnou vazbu mezi zjištěnými elementárními jevy a skutečným chováním reálných systémů pracujících v méně ideálních a hůře definovaných podmínkách pak můžou zprostředkovat tzv. operando metody, které dovolují pozorovat reakce v jejich průběhu za realistických podmínek na stále ještě poměrně dobře definovaných površích.

Předmětem této práce bude primárně využití kombinace infračervené vibrační spektroskopie (RAIRS) a hmotnostní spektrometrie (QMS) ke sledování průběhu chemických reakcí na heterogenní katalyzátorech založených na kombinaci přechodových kovů (příp. jejich slitin) a tzv. reducibilních oxidů. Konkrétní typ vzorků a studovaných reakcí budou aktuálně vybrány v návaznosti na probíhající výzkum ve skupině fyziky povrchů. Měření reaktivity dle potřeby doplní charakterizace vzorků pomocí prvkové a chemické analýzy (metodou rentgenové fotoelektronové spektroskopie, XPS) a rastrovací elektronové mikroskopie (SEM).

V případě zájmu uchazeče se počítá s možností pokračovat na projektu v rámci navazující diplomové práce.

Zásady pro vypracování:

1. Zvládnutí experimentálních metod RAIRS a QMS, seznámení se základy metod XPS a SEM.
2. Příprava tenkovrsvých vzorků fyzikálními metodami.
3. Měření adsorpce a reakce vybraných molekul na připravených vzorcích kombinac9 metod RAIRS a QMS.
4. Zpracování experimentálních dat

Literatura:

1. Ertl, G., et al., eds. Handbook of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany (2008)
2. F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons (1986); J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000)
3. Y. J. Chabal, Surface Infrared Spectroscopy, Surface Science Reports 8 (1988) 211-357; M. Trenary, Reflection Absorption Infrared Spectroscopy and the Structure of Molecular Adsorbates on Metal Surfaces, Annu. Rev. Phys. Chem. 51 (2000) 381–403
4. Další literatura dle potřeby a dohody s vedoucím práce.

Detailní studium morfologie atomárních řetízků Al na povrchu Si(100)2×1 pomocí STM
Detailed study of Al atomic chains on the Si(100)2×1 surface by means of STM

Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346

Anotace:

Atomy Al deponované ve vakuu na povrch Si(100)2×1 se díky anizotropii jeho rekonstrukce spontánně uspořádávají do jednorozměrných přímých atomárních řetízků podobně jako další kovy III a IV skupiny (In, Ga, Sn, Pb). Vzhledem k možným aplikacím v polovodičových technologiích se tyto struktury kovů na daném povrchu intenzivně studují mnoho let hlavně pomocí techniky skenovací tunelové mikroskopie (STM). Ve srovnání s ostatními kovy se při růstu řetízků Al objevují některé anomálie v morfologii i v zobrazování pomocí STM, které se dosud nepodařilo objasnit.

Ve skupině tenkých vrstev je tento růst intenzivně zkoumán a z analýzy dat vychází potřeba několika cílených měření, které by společně s již provedenými výpočty mohly podstatně přispět při hledání příčiny zvýšeného členění řetízků na sice lineární segmenty, ale s „diagonálním“ spojením a objasnění různého zobrazování atomárních dimerů v řetízku - zdánlivě v rozdílné výšce nad povrchem.

1. Cíle práce:
2. Porozumět principu měření pomocí STM a interpretaci obrazu.
3. Zvládnutí techniky STM umožňující samostatné měření. 
4. Prostudování literatury zaměřené na studovaný povrch a růst v míře doporučené vedoucím.
5. Seznámení se základy ultravakuové techniky, přípravou křemíkového substrátu s požadovanou rekostrukcí povrchu a depozicí hliníku pro požadované pokrytí menší než 0,1 monovrstvy.
6. Příprava vzorků s vybraným pokrytím při pokojové teplotě (v případě příznivého postupu práce i při různých teplotách) a následné zkoumání struktur pomocí STM zaměřené na morfologii řetízků, povrchu v jejich blízkosti a roli povrchových defektů.
7. Vyhodnocení získaných výsledků.

Literatura:

• Chen C. J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
• Další literatura a články podle doporučení vedoucího práce.

Adsorpce organických molekul na povrchu Sn-Si(111)-(√3×√3) při snížených teplotách
Adsorption of organic molecules on Sn-Si(111)-(√3×√3) surface at lower temperatures.

Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346

Anotace:

Ftalocyaniny (Pc) s atomem různých kovů a případnou substitucí vodíkových atomů fluorem ve vnějších cyklech tvoří na kovem pasivovaných površích křemíku planární dvourozměrné struktury zajímavé pro molekulární elektroniku. Studium růstu a morfologie 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. 

Téma práce vychází z řady výsledků získaných v laboratoři STM během studia ftalocyaninů na kovem (In, Sn, Tl) pasivovaných površích Si. Molekuly Pc jsou při pokojové teplotě na pasivovaných površích značně pohyblivé a stabilně se adsorbují výlučně na povrchových defektech. Pro zkoumání mechanismu samouspořádání a stability adsorpce je potřebné mít informaci o vazbě molekuly k povrchu. Po depozici molekul na povrch při snížené teplotě je možné pomocí STM zobrazovat a zkoumat již nepohyblivé molekuly nebo jejich „zpomalené“ přeskoky mezi adsorpčními pozicemi. Pro depozici molekul se využívá vakuové napařování. Pro daný experiment je vycloněný molekulární svazek namířený na vzorek umístěný v pozici pro měření pomocí STM. Depozice „pod hrot“ v optimálním případě umožňuje snímání povrchu i během napařování.

Úkoly práce:

1. Porozumět principu měření pomocí STM a interpretaci obrazu.
2. Zvládnutí techniky STM umožňující samostatné měření. 
3. Seznámení se základy ultravakuové techniky a průběhem experimentu (příprava substrátu s požadovaným povrchem, chlazení vzorku a měření pomocí STM). 
4. Depozice vybraných molekul na povrch a měření pomocí STM při pokojové teplotě.
5. Depozice molekul a měření při snížené teplotě. 
6. Analýza získaných výsledků.

Literatura:

• Chen C. J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
• Jiří Doležal, Master thesis, MFF UK, KFPP, Prague 2018.
• Další literatura a články podle doporučení vedoucího práce

Chování polaronů injektovaných na povrch pevné látky
Behaviour of surface-injected polarons

Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D. - A330, A327, A332, tel. 2349, 2342, 2346

Anotace:

Kvazičástice polaron, tvořená přebytečným nebo chybějícím elektronem lokalizovaným interakcí s krystalickou mříží [1], v mnoha případech určuje vlastnosti materiálu – např. přenos náboje, magnetismus, nebo katalytické schopnosti. Perovskity (ABO3) představují v současné době široce studovanou skupinu materiálů díky variabilitě jejich vlastností dosažitelné kombinacemi atomů A a B [2]. Nejnovější výsledky ukazují, že při vhodné volbě perovskitu je možné na jeho povrchu vytvořit dostatečně stabilní mrak polaronů injektováním náboje z ostrého hrotu. Dynamika polaronů odráží jejich vzájemnou elektrostatickou interakci a pohyblivost v materiálu, tedy vlastnosti klíčové pro obecné porozumění chování polaronů v pevných látkách.

Chování polaronů bude simulováno pomocí kinetického Monte Carlo (KMC) modelu, založeného na náhodných procesech s ohledem na dalekodosahovou interakci mezi všemi polarony v uvažovaném systému. Simulace budou navázány na probíhající nízkoteplotní KPFM (Kelvin probe force microscopy) experimenty, žádoucí je účast studenta na těchto experimentech.

Zásady pro zpracování:

1. Seznámení se s problematikou polaronů v pevné látce.
2. Seznámení se s technikou KMC
3. Práce na vývoji efektivního kódu pro simulaci dynamiky polaronů na povrchu krystalu
4. Simulace chování polaronů v návaznosti na probíhající experimenty, optimalizace parametrů

Literatura:

• [1] Emin, D. (2012). Polarons. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139023436
• [2] Richard J.D. Tilley (2016). Perovskites: Structure–Property Relationships: Wiley.

Růst molekulárních sítí vázaných vodíkovými vazbami
Growth of hydrogen-bonded molecular networks

Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D. - A330, A327, A332, tel. 2349, 2342, 2346

Anotace:

Vodíkové vazby mezi organickými molekulami mají za následek vznik vysoce uspořádaných molekulárních struktur, jak je známo z chemie živých organismů. Na površích krystalů tyto vazby umožňují růst 2D molekulárních sítí [1-3], které mohou být základem molekulární nano-elektroniky budoucnosti.

Technika difrakce pomalých elektronů (LEED) je velmi efektivní pro zobrazení periodických struktur na povrchu pevné látky [4]. V rámci bakalářské práce bude použita tato technika pro studium růstu molekulárních sítí na povrchu křemíku pasivovaném kovovou vrstvou. Technika LEED bude doplněna experimenty na řádkovacím tunelovém mikroskopu (STM), který umožní atomární rozlišení v reálném prostoru [4].

Zásady pro zpracování:

1. Seznámit se s technikou přípravy pasivovaných křemíkových povrchů a depozice organických molekul
2. Seznámit se s technikami zkoumání povrchů – LEED a STM
3. Studovat vliv množství deponovaných molekul na periodicitu vzniklých molekulárních struktur
4. Na základě experimentálně získaných dat navrhnout model pozorovaných struktur

Literatura:

• [1] S. Clair et al., J. Phys. Chem. B 108, 14585 (2004).
• [2] Steven De Feyter et al., Nano Letters, 3, 1485 (2003).
• [3] Griessl, S., Lackinger, M., Edelwirth, M., Hietschold, M. & Heckl, W. M., Single Molecules 3, 25 (2002).
• [4] Venables, J. (2000). Introduction to Surface and Thin Film Processes. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9780511755651

Funkcionalizace povrchů organickými dvoudimenzionálními supramolekulárními sítěmi.
Surface functionalization by organic two-dimensional supramolecular networks

Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346

Anotace:

Formování uspořádaných 2D supramolekulárních sítí, které mohou být dále funkcionalizovány vhodnými molekulami či atomy, představuje slibný trend vedoucí k potenciálním aplikacím v molekulární elektronice/spintronice, katalýze, separační technologii či detekci molekul. Pro integraci těchto technologií do současné polovodičové technologie je stále intenzivněji studována problematika uspořádaného růstu organických molekul na pasivovaných polovodičových površích. Pro vytváření sítí se využívají vhodné planární molekuly vázané vazbami kov-ligand či vodíkovými vazbami, deponované na definované povrchy v ultravakuových podmínkách. Pro jejich charakterizaci je důležité mít možnost zkoumat v atomárním měřítku jednak strukturu sítí, jejich elektronické vlastnosti a také interakce mezi jednotlivými molekulami i mezi molekulami a povrchem. Jako nezastupitelný nástroj se nabízí tunelový mikroskop (STM), který umožňuje atomární zobrazení zkoumaných struktur i charakterizaci jejich elektronických vlastností.

Cílem práce je definovaná depozice vybraných molekul na kovem pasivovaný povrch křemíku (např. In/Sn-Si(111)) a následná charakterizace vzniklých supramolekulárních vrstev pomocí tunelové mikroskopie a spektroskopie.

Zásady pro vypracování:

1. Detailní seznámení se s metodou STM/STS
2. Zvládnutí definované depozice molekul sublimací z kelímku.
3. Charakterizace deponovaných struktur pomocí STM
4. Vyhodnocení experimentů

Literatura:

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
3. J.A.Stroscio,W.J.Kaiser, Academic Press Ltd.,1993
4. Aktuální dostupná časopisecká literatura

Atomárně rozlišené povrchy perovskitů připravených štípáním
Atomically-resolved surfaces of cleaved perovskites

Vedoucí: Mgr. Martin Setvín, Ph.D. - A331, tel. 2310

Anotace:
Štípání ve vakuu je jednou z metod přípravy čistých nerekonstruovaných povrchů. Zatímco pro řadu materiálů se jedná o triviální úkon (NaCl, MgO, Si), štípání perovskitů je spojeno se zajímavými jevy [1,2]. Cílem této bakalářské práce je zvládnout štípání vhodného nového perovskitu (např. BaTiO3, KNbO3, LiNbO3) a charakterizovat jeho povrch s atomární přesností pomocí kombinovaného AFM/STM [3]. Získané výsledky by měly sloužit jako základ pro další zkoumání fyzikálních a chemických vlastností těchto materiálů. Dalším aspektem práce je pochopení fyzikálních principů, které určují morfologii výsledného povrchu.

Zásady pro zpracování:

1. Seznámit se s literaturou o technice AFM/STM a o perovskitech.
2. Seznámit se s experimentálním vybavením a provést testovací experiment na známém matriálu SrTiO3 nebo KTaO3.
3. Vybrat vhodný perovskit, otestovat jeho štípání na vzduchu a ověřit kvalitu výsledného povrchu pomocí optického mikroskopu.
4. Připravit stejný povrch v UHV prostředí a zkoumat ho pomocí atomárně rozlišeného AFM/STM.

Literatura

1. M. Setvin, M. Reticcioli, F. Poelzleitner, J. Hulva, M. Schmid, L. A. Boatner, C. Franchini, and U. Diebold, Science 359, 572 (2018)
2. I. Sokolovic, M. Schmid, U. Diebold, and M. Setvin, Phys. Rev. Mater. 3, 034407 (2019)
3. F. J. Giessibl, Rev. Sci. Instr. 90, 011101 (2019)

Interakce methanolu s povrchem epitaxních vrstev oxidu ceru o různé stechiometrii
Interaction of methanol with the surface of epitaxial layers of cerium oxide with different stoichiometry

Vedoucí: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732

Anotace:

Oxidu ceru je velmi zajímavým materiálem pro řadu odvětví, od katalýzy po biomedicínu. Téměř všechny jeho aplikace jsou postaveny na využití náchylnosti oxidu ceru ke snadné oxidaci a redukce. Tato 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 této bakalářské práce se zaměříme na studium elektronové struktury modelových tenkých epitaxních vrstev oxidu ceru při interakci s molekulami methanolu pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie.

Cílem práce bude zjistit, jak interakce methanolu ovlivňuje koncentraci kyslíkových vakancí na povrchu oxidu ceru, které je doprovázeno změnami v oxidačních stavech Ce4+ a Ce3+, a jaké druhy vazeb na povrchu lze pozorovat v teplotním oboru do 700 K.

Zásady pro vypracování:

1. Studium doporučené literatury
2. Seznámení se s principy fotoelektronové spektroskopie a aparaturou, která bude ke studiu používána.
3. Příprava epitaxních vrstev CeO2 s různou stechiometrií a jejich charakterizace
4. Studium interakce methanolu s povrchy CeO2.
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. Odborné články dle doporučení vedoucí práce

Teplotně indukovaná rekonstrukce bimetalického katalyzátoru na bázi Pt-Cu pro palivové články
Temperature-induced restructuring of Pt-Cu bimetallic alloy catalyst for fuel cell applications

Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. - A131, A132, tel. 2243, 2734, 2732, RNDr. Milan Dopita, Ph.D.

Anotace:

V mnoha katalytických reakcích bimetalické slitiny často vykazují vyšší aktivitu než jejich monometalické protějšky. Takové zvýšení aktivity je přičítáno modifikaci struktury katalyzátoru, což je příznivější pro interakci s reakčními meziprodukty. Mezi bimetalickými katalyzátory byly slitiny platiny s nízkonákladovými 3d přechodovými kovy úspěšně použity v palivových článcích s polymerní membránou (PEMFC).

Kontrola struktury a složení bimetalických katalyzátorů umožňuje ladění jejich katalytické aktivity k vybrané reakci. Toho lze dosáhnout jejich tepelným žíháním. Lepší pochopení teplotně závislé dynamiky struktury bimetalického katalyzátoru je předpokladem pro vývoj účinného katalyzátoru pro vodíkové palivové články.

V této práci budou katalyzátory Pt-Cu s různým složením (Pt3Cu1, Pt1Cu1, and Pt1Cu3) připraveny metodou magnetronového naprašování ze dvou jednotlivých terčů: platiny a mědi. Změny chemického složení a struktury slitin Pt-Cu v závislosti na teplotě bude charakterizován in situ pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a rentgenové difrakce (XRD).

Cílem práce bude důkladně prozkoumat restrukturalizaci bimetalických slitin Pt-Cu vyvolaných tepelným žíháním a získat komplexní strukturální a kompoziční informace.

Zásady pro vypracování:

1. Rešerše literatury.
2. Seznámení s metodou přípravy tenkých vrstev a zařízeními XPS a XRD, které budou využívány v rámci této práce.
3. Příprava katalyzátorů magnetronovým naprašováním.
4. In situ studium chemického složení a struktury připravených vrstev v závislosti na teplotě metodami XPS a XRD.
5. Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.

Literatura:

1. Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, Wiley 2003, ISBN: 978-0-471-49926-8
2. N. Zhang, Q. Shao, X. Xiao, X. Huang. Advanced Catalysts Derived from Composition‐Segregated Platinum–Nickel Nanostructures: New Opportunities and Challenges. Adv. Funct. Mater., 29(13), 1808161.

Interakce vodní páry s bimetalickým katalyzátorem na bázi Pt-Cu
Interaction of water vapor with Pt-Cu bimetallic catalyst

Vedoucí: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.

Anotace:

Navrhovaná bakalářská práce bude zaměřena na studium mechanizmů chemické interakce vodní páry a bimetalického katalyzátoru na bázi Pt-Cu. Jedná se o katalyzátor s vysokým potenciálem pro použití na katodové straně vodíkového palivového článku, kde probíhá redukce kyslíku (ORR reakce) produkující vodu. A proto je velmi důležité zjistit, nedochází-li k podstatným změnám ve složení a chemickém stavu katalyzátoru Pt-Cu při jeho interakci s vodní parou v závislosti na teplotě. Tenkovrstvé katalyzátory Pt-Cu připravované metodou magnetronového naprašování se budou studovat metodou vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie (NAP-XPS). Jedná se o jediné zařízení tohoto typu v celé České republice, na světě jich funguje pouze několik desítek. Tato moderní povrchová analytická technika umožňuje získání kompletní informace o adsorbátech vyskytujících se na povrchu katalyzátoru a chemickém stavu povrchu katalyzátoru přímo za podmínek blízkých reálným pracovním podmínkám palivového článku. Cílem práce bude získat základní a praktické znalostí o mechanismech interakce mezi vodní parou a katalyzátorem Pt-Cu, které by v budoucnu pomohly vyvinut vysoce aktivní a stabilní ORR katalyzátor pro palivové články.

Zásady pro vypracování:

1. Seznámit se s vysokotlakou rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (NAP-XPS).
2. Prostudovat ty části doporučené literatury, které se týkají problematiky studované ve vypsané práci.
3. Podílet se na přípravě tenkovrstvého katalyzátoru Pt-Cu metodou magnetronového naprašování.
4. Studium mechanizmů interakce vodní páry a katalyzátoru Pt-Cu v závislosti na teplotě metodou NAP-XPS.
5. Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.

Seznam odborné literatury

1. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (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. Polymer Electrolyte Fuel Cell, editor A. A. Franco, Pan Standford Publishing, Singapore 2013.
4. Odborné články podle doporučení vedoucího práce.

Studium chemických procesů na povrchu senzoru plynu za pracovních podmínek
Study of chemical processes on the surface of gar sensors under working conditions

Vedoucí: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.

Anotace:

Navrhovaná bakalářská práce bude zaměřena na studium nových nanomateriálů vysoce účinných pro chemorezistivní detekci alkoholů pomocí metody vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie. Jedná se o jediné zařízení tohoto typu v celé České republice, na světě jich funguje pouze několik desítek. Tato moderní povrchová analytická technika umožňuje získání kompletní informace o přítomnosti adsorbátů a chemickém stavu povrchu citlivostní vrstvy, a to přímo za podmínek blízkých reálným pracovním podmínkám plynového senzoru (300 °C, vysoký tlak okolního plynu). Cílem práce bude získat základní a praktické znalosti o mechanismech interakce mezi etanolem a detekujícími materiály ve vztahu k jejich nanomorfologii a složení, které by v budoucnu pomohly vyvinut plynový senzor s vysokou citlivostí a selektivitou vůči alkoholům.

Zásady pro vypracování:

1. Seznámit se s problematikou detekce plynů a vysokotlakou rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (NAP-XPS).
2. Podílet se na přípravě nanostrukturovaných tenkovrstvových aktivních vrstev na bázi polovodivých oxidů kovů.
3. Studium interakce připravených vrstev s etanolem ve vyšších tlacích metodou NAP-XPS.
4. Vyhodnocení výsledků a sepsání práce

Seznam odborné literatury:

1. F.G. Bănică, Chemical Sensors and Biosensors: Fundamentals and Applications, John Willey and Sons, Chichester, England, 2012.
2. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie).
3. M. Salmeron and R. Schlogl, Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology, Surf. Sci. Rep. 63, 169–199, 2008.
4. Články v literatuře podle doporučení vedoucího.

Vplyv depozičných parametrov pri magnetónovom naprašovaní na morfológiu a účinnosť katalytickej vrstvy použitej v elektrolyzére vody
The influence of deposition parameters during magnetron sputtering on morphology and efficiency of catalytic layers used in water electrolyzers

Vedoucí: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.

Anotace:

Magnetrónové naprašovanie je jednu z najrozšírenejších a najuniverzálnejších metód depozície tenkých nanoštruktúrovaných vrstiev. Jeho výhody spočívajú predovšetkým vo variabilite depozičných rýchlostí, výbornej adhézii vrstiev, možnosti operácie pri izbovej teplote, možnosti prípravy rôznych zmesných štruktúr, ako aj schopnosti deponovať jak vodivé, tak aj nevodivé materiály. Zmenou podmienok počas depozície, typicky tlaku, privedeného výkonu, či teploty substrátu, je možné docieliť rôznej morfológie vrstvy pri jej rovnakom chemickom zložení. Cieľom práce bude zoznámiť sa s fungovovaním depozičného zariadenia obsahujúceho tri balancované magnetróny a pripraviť sériu tenkovrstvých irídiových katalyzátorov prášných pri diametrálne odlišných parametroch, pričom ich chemický stav a hrúbka bude zachovaná. Následne sa pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie bude pozorovať miera odlišnosti ich morfológie. Záverom sa vzorky s najrôznorodejšou morfológiou zmerajú v článku elektrolyzéru vody, ktorý využíva irídium, ako katalyzátor jednej zo svojích polreakcií. Ukáže sa teda, ako významne je samotná morfológia vrstvy schopná ovplyvniť účinnosť takéhoto elektrochemického zariadenia, ktoré je kľúčovým pre fungovanie vodíkového hospodárstva.

Zásady pre vypracovanie:

1. Bibliografická rešerš.
2. Zoznámenie sa s jednotlivými experimentálnymi metódami.
3. Príprava série tenkovrstvových katalyzátorov pre PEMWE.
4. Charakterizácia pripravených vzoriek a štúdium ich vlastností.
5. Vyhodnotenie výsledkov.
6. Spísanie bakalárskej práce.

Literatúra:

1. M. Braun, Magnetron Sputtering Technique, Handb. Manuf. Eng. Technol., Springer (2015) 2929–2957. doi:10.1007/978-1-4471-4670-4_28.
2. M. Carmo, D.L. Fritz, J. Mergel, D. Stolten, A comprehensive review on PEM water electrolysis, Int. J. Hydrogen Energy. 38 (2013) 4901–4934. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.

Studium modelového katalyzátoru s iridiem
Ir based model catalyst study

Vedoucí: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. - A131, A132, tel. 2243, 2734, 2732

Anotace:

V souvislosti s narůstajícími počty zdrojů obnovitelné energie vzniká potřeba uskladnění přebytečné elektrické energie. Jednou z možností je přeměna elektrické energie v energii chemickou. K tomuto účelu je možné použít elektrolýzu vody v zařízení s protonově vodivou membránou (PEM-WE) za vzniku vodíku, který lze uskladnit a v budoucnu přeměnit zpět v energii elektrickou pomocí technologie palivových článků.

Ve skupině nanomateriálů již několik let probíhá výzkum naprašovaných katalyzátorů s obsahem Ir, Pt a Ru, vhodných pro PEM-WE, se snahou minimalizovat množství těchto vzácných kovů. Katalyzátory mají složitou strukturu a morfologii a je obtížné objasnit děje probíhající na jejich povrchu. K tomu slouží tzv. modelové katalyzátory – zjednodušené a velmi dobře definované systémy.

V rámci této práce budou katalytické systémy na bázi Ir a Pt či Ru deponovány v ultra vysokém vakuu a bude studována jejich vzájemná interakce, vliv teploty a přítomnosti plynů. Sledována bude zejména elektronová struktura vzniklých systémů.

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 modelových systémů na bázi Ir a Pt či Ru a jejich charakterizace metodami XPS, UPS, LEED,
4. Studium vzájemné interakce kovů, vlivu teploty a přítomnosti plynů (kyslík, vodík, vodní páry)
5. Zpracování dat a sepsání práce

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. J. Töpler, J. Lehmann: Hydrogen and Fuel Cell, Springer, 2014, ISBN 978-3-662-44972-1
3. časopisecká literatura po dohodě s vedoucí práce