Katedra fyziky povrchů a plazmatu

Nabídka témat bakalářských prací pro šk. rok 2021/2022

zobrazit předchozí rok (2020/2021), další rok (2022/2023)

POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.

cepice Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok 2021/2022 následující témata bakalářských prací.

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

Práce pro zaměření Fyzika povrchů a ionizovaných prostředí (OF)


Studium Penningovy ionizace vybraných atomů a molekul při srážkách s metastabilními atomy helia za velmi nizkých teplot.
Study of Penning ionization of selected atoms and molecules in collisions with metastable helium atoms.


Vedoucí: RNDr. Petr Dohnal, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.

Anotace:

Nízkoteplotní plazma se vyskytuje ve sluneční soustavě, mezihvězdných oblacích plynu, ionosféře Země a planet sluneční soustavy a používá se v plazmatických technologiích. Studium reakcí jednoduchých iontů a excitovaných částic s molekulami a elektrony v nízkoteplotním plazmatu umožňuje hlouběji pochopit chemické procesy např. v mezihvězdných oblacích plynu a atmosférách plynných obrů. Toto studium také poskytuje zpětnou vazbu pro kvantově mechanické výpočty a umožňuje interpretovat nejnovější poznatky získané pomocí astronomických pozorování.

Předmětem bakalářské práce je studovat s využitím unikátního experimentálního vybavení srážky metastabilních atomů helia ve stavu 2 1S s vybranými atomy a molekulami za velmi nízkých teplot kolem 30 K. Experimenty přispějí k pochopení vývoje chemického složení vesmíru, který se zpočátku skládal pouze z vodíku, helia a dalších prvků v plynném nebo plazmatickém skupenství.

Student/ka bude pracovat na světově unikátní experimentální aparatuře, ve které je 30 kelvinové plazma analyzováno pomocí vysoce citlivých optických metod, které jsou doplněny metodami běžně používanými ve fyzice plazmatu. Tyto metody a techniky od nich odvozené se používají všude, kde je vyžadována přesná znalost složení reaktivního prostředí, tj. v mnoha odvětvích chemického průmyslu a samozřejmě ve výzkumných organizacích zabývajících se kvantově-mechanickou podstatou molekul a hmoty obecně.

Zásady pro vypracování

  1. Studium literatury a seznámení se s principy spektroskopických a jiných diagnostických metod používaných v laboratoři.
  2. Seznámení se s experimentem.
  3. Účast na měření rychlosti Penningovy ionizace vybraných atomů a molekul (například H2, Ar) při srážkách s metastabilními atomy helia 2 1S.
  4. Vyhodnocení naměřených dat a jejich srovnání s teorií.

Seznam odborné literatury


Rekombinace astrofyzikálně významných iontů s elektrony ve velmi chladném dohasínajícím plazmatu
Recombination of astrophysically important ions with electrons in a very cold afterglow plasma


Vedoucí: RNDr. Petr Dohnal, Ph.D.
Konzultant: Doc. RNDr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237

Anotace:

Prostor mezi hvězdami je naplněn řídkým a velmi chladným plynem. Přesto se v takto extrémních podmínkách vyskytuje velké množství složitých molekul. Ukazuje se, že klíčovým faktorem je přítomnost iontů a jejich schopnost reagovat i za nízkých teplot (desítky kelvinů) s okolními molekulami a elektrony, což vede ke vzniku dalších, komplikovanějších molekul. Jelikož je extrémně náročné simulovat podmínky v takovémto prostředí, je jen velmi málo laboratoří vybavených vhodnou technologií. Důsledkem je řada nevyjasněných otázek spojených s chemickým vývojem mezihvězdné hmoty, které stále čekají na zodpovězení. Předmětem bakalářské práce je studovat rekombinaci astrofyzikálně významných iontů (například H2D+ a HD2+ s elektrony). Práce bude řešena s využitím unikátní experimentální aparatury s teplotním rozsahem od 30 do 300 K vybavené řadou pokročilých diagnostických technik. Student/ka se seznámí laserovou spektroskopií Cavity Ring-Down a řadou dalších metod diagnostiky nízkoteplotního plazmatu.

Zásady pro vypracování

  1. Studium literatury a seznámení se s principy diagnostických metod používaných v laboratoři.
  2. Seznámení se s experimentem.
  3. Účast na měření rychlostních koeficientů rekombinace vybraných iontů s elektrony (například H2D+ a HD2+).
  4. Vyhodnocení naměřených dat a jejich srovnání s teorií.

Seznam odborné literatury


Kinetické Monte Carlo modely nanočástic v přítomnosti povrchových defektů
Kinetic Monte Carlo simulations of nanoparticles in the presence of surface defects


Vedoucí: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D. - A330, A327, A332, tel. 2349, 2342, 2346

Anotace:

Heterogenní katalyzátory energeticky významných chemických reakcí mají často formu kovových nanočástic na povrchu oxidu. Rozhodující pro reaktivitu v konkrétní reakci je velikost nanočástic, která se v praxi kontroluje převážně pomocí teplotních a chemických cyklů [1]. Ukazuje se, že klíčový vliv na velikost nanočástic má přítomnost morfologických defektů na povrchu oxidu.

Cílem vypisované bakalářské práce je charakterizace kinetického Monte Carlo modelu nukleace kovových nanočástic na substrátech, které obsahují bodové nebo lineární poruchy.

Bodové nebo lineární poruchy substrátu ovlivňují povrchovou difuzi deponovaného kovu a následnou nukleaci nanočástic. Kinetické Monte Carlo modely nukleace jsou standardním a silným nástrojem aplikovaným dosud převážně na idealizované substráty bez defektů. Navrhované zobecnění této techniky má potenciálně velkou důležitost pro porozumění nukleace a stability kovových nanočástic v reálných aplikacích.

Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP. Práce je součástí mezinárodního výzkumného projektu zaměřeného na modelové elektrokatakyzátory kov-oxid [4].

Cíle práce:

  1. Seznámení se s metodou výpočtů Monte Carlo ve fyzice tenkých vrstev [2,3]
  2. Seznámení se s Monte Carlo modelem nukleace v přítomnosti povrchových defektů
  3. Studium vlastností simulovaných nanočástic – hustota, velikost, stabilita – v závislosti na vlastnostech povrchových defektů
  4. Vyhodnocení a prezentace získaných dat
Obrázek: Kinetická Monte Carlo simulace nukleace kovových částic na povrchu s lineárními defekty.

Literatura:


Studium senzorických vlastností tenkých modifikovaných vrstev oxidu wolframu
Study of gas sensing properties of metal doped tungsten oxide thin films


Vedoucí: Doc. RNDr. Karel Mašek, Dr. - A130, A126, A346, tel. 2753, 2242 (fax), 2313, 2252

Anotace:

Oxidové vrstvy se v současnosti používají v mnoha laboratorních i průmyslových aplikacích. Vrstvy WO3se používají jako základní materiál různých katalyzátorů a chemických senzorů. Detekce plynů tímto typem senzoru je založena změně vodivosti vrstvy vlivem například redukčního prostředí. Zvýšení účinnosti senzoru se provádí dopováním vrstvy aktivními kovy, v dnešní době zejména platinou.

Úkolem bakalářské práce je příprava modifikovaných vrstev oxidu wolframu a měření jejich morfologických a plynově senzorických vlastností. Vrstvy budou připravovány magnetronovým naprašováním na povrch pasivovaného křemíku a budou dopovány platinou a zlatem. Měření vodivosti tenké vrstvy se provádí čtyřbodovou metodou a sleduje se odezva senzoru na reakční atmosféru přímo v reaktoru. Chemické složení a chemický stav zkoumaných povrchů bude analyzován metodou fotoelektronové spektroskopie (XPS) pomocí vícekanálového hemisférického analyzátoru. Kontrola morfologie povrchu oxidové vrstvy se provádí na vzduchu metodami AFM a SEM. Všechny zmíněné metody jsou dostupné na našem pracovišti.

Příklad morfologie povrchu oxidu wolframu získané metodou AFM

Příklad měření odporu vrstvy v závislosti na koncentraci vodíku v reaktoru

Zásady pro vypracování:
1) seznámení se s metodou přípravy vzorků
2) měření chemického stavu vzorků metodou XPS
3) měření morfologie vrstev
4) měření senzorických vlastností
5) vyhodnocení naměřených dat

Navrhovaná bakalářská práce úzce souvisí s projekty řešenými ve skupině povrchů KFPP a lze na ni navázat v následném magisterském i doktorandském studiu.

Literatura
1) Jiří Vojík, Diplomová práce, MFF UK, Praha, 2017
2) L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů, Elektronová spektroskopie, Academia, Praha 1990
3) Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucím práce


Optimalizace mikroreaktoru pro studium tenkovstvých katalyzátorů
Microreactor optimization for measurement of thin-film catalysts


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

Anotace:

Pokrok v heterogenní katalýze je do velké míry stimulován studiem tzv. modelových systémů, které umožnují (většinou v kombinací s teorií) pochopit základní principy jejich fungování. V naší skupině jsme v posledních letech tímto přístupem úspěšně řešili řadu aktuálních témat spojených s průmyslově i environmentálně důležitými reakcemi (oxidace CO a alkoholů, disociace vody, WGS reakce, reformování uhlovodíků apod.).

Informace získávané studiem těchto vysoce definovaných systémů v podmínkách vakua je však potřeba souběžně doplňovat experimenty, které ověřují funkčnost nových materiálů v reálnějších podmínkách vyšších tlaků a případně i na površích s komplexnější strukturou. K měření reaktivity máme proto k dizpozici laboratorní mikroreaktor pro teplotně programovanou reakci (TPR), který umožňuje přímé měření chemického složení a koncentrací produktů reakcí (pomocí hmotového spektrometru) v závislosti na teplotě katalyzátoru a složení reaktantů. Je také přizpůsoben na případné připojení palivového článku nebo elektrolyzéru (kdy je pak chemická analýza doplněna o současné měření elektrických veličin pomcí potenciostatu).

Předmětem této práce bude celkové zdokonalení a modernizace mikroreaktoru, počínaje optimalizací vlastní reakční komory, přes efektivnější rozvod plynů až po řídící elektroniku a propojení počítačem (z hardwarového i softwarového hlediska).

Na závěr bude experimentální zařízení otestováno a zkalibrováno pro několik běžně používaných plynů a ideálně také vyzkoušeno v reálném nasazení změřením reakce (resp. reakcí) na vzorku katalyzátoru, v návaznosti na aktuální činnost skupiny fyziky povrchů.

V případě zájmu uchazeče je možnost pokračovat na projektu v rámci navazující diplomové práce.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámení se s kvadrupólovou hmotovou spektrometrií (QMS) a metodami teplotně-programované reakce (TPR) a teplotně-programované desorpce (TPD).
  2. Vypracování návrhu upgrade mikroreaktoru a jeho obslužných součástí.
  3. Kalibrace mikroreaktoru a případně ověření jeho funkčnosti na reálných vzorcích katalyzátorů v součinnosti s dalšími členy skupiny fyziky povrchů.
  4. Vypracování dokumentace a zpracování případných experimentálních dat.

Literatura:

  1. 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)
  2. Ertl, G., et al., eds. Handbook of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany (2008)
  3. Další literatura dle potřeby a dohody s vedoucím práce.
Schéma současného mikroreaktoru v uspořádání pro měření oxidace metanolu
Schéma současného mikroreaktoru v uspořádání pro měření oxidace metanolu


Tenkovstvé katalyzátory studované metodami vibrační a hmotnostní spektroskopie
Thin-film catalysts investigated by vibrational and mass spectroscopies


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

Anotace:

Tenkovrstvé materiály se strukturami v rozměrech řádu nanometrů vykazují často velmi zajímavé vlastnosti odlišné od objemových a poskytují široký prostor pro „vyladění“ na požadované parametry. V případě využití jako katalyzátoru jsou podstatné souvislosti mezi fyzickou strukturou materiálu, interakcí jeho jednotlivých složek i 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 výsledným 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 heterogenních 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 nabízí možnost 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 adsorpcí a reakcí vybraných molekul na připravených vzorcích kombinací metod RAIRS a QMS.
  4. Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace.

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.
Příklad reakčního experimentu – silný synergický efekt mezi platinou a oxidem ceru u inverzního katalyzátoru CeOx/Pt při oxidaci metanolu.


Dopady prachových zrn na družice - porovnání naměřených dat s modely
Impacts of dust grains on spacecraft - comparison of measured data with models


Vedoucí: RNDr. Jakub Vaverka, Ph.D. - A235, tel. 2326

Anotace:

Dopady prachových zrn na povrch družic často vedou ke vzniku oblaků plazmatu, které mohou následně ovlivnit měření vědeckých přístrojů na palubě družice. Nejvíce citlivé na tyto události je měření elektrického pole, kde po dopadu prachových zrn vznikají ostré krátké pulzy. V posledních letech bylo publikováno několik modelů popisujících tvar těchto pulzů, ale k jejich podrobnému porovnány s měřenými daty zatím nedošlo. Cílem této bakalářské práce je porovnání dat naměřených družicemi MMS v okolí Země s existujícími modely.

Zásady pro vypracování:
1) Studium odborné literatury, seznámení se s teorií detekce prachových zrn.
2) Seznámení se s měřenými daty.
3) Implementace modelů.
4) Porovnání naměřených dat s existujícími modely.

Seznam odborné literatury
[1] Zaslavsky, A. 2015, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 855
[2] Mann I. et al., 2019, Ann. Geophys, 37
[3] Shen, M. et al., 2021, J. Geophys. Res. Space Physics, 126


Vazba nitroxylových organických radikálů k polykrystalickému povrchu oxidu ceričitého
Bonding of nitroxyl organic radicals to polycrystalline surface of cerium oxide.


Vedoucí: Ing. Nataliya Tsud, Dr.
Konzultant: Prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732, Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.

Anotace:
V rámci této bakalářské práce navrhujeme studovat vazbu nitroxylových organických radikálů na polykrystalickém povrchu oxidu ceričitého, materiálu s velice slibnými vlastnostnosti pro bioaplikace a organickou elektroniku. Modelový systém bude připraven ve vakuu deposicí molekul nitroxylu z Knudsenovy cely na povrch oxidu. Morfologie vrstvy CeO2 připravené ex sítu magnetronovým rozprašováním bude analyzována mikroskopickou technikou (AFM). Interakce molekul s povrchem CeO2 bude studována pomocí fotoelektronových spektroskopií XPS, SRPES, RPES a NEXAFS na české optické dráze pro materiálový výzkum v Terstu, Itálie. Cílem práce bude studovat způsob interakce nitroxylových organických radikálů s polykrystalickým povrchem oxidu ceričitého.

Zásady pro vypracování:

  1. Studium doporučené literatury
  2. Seznámení se s principy experimentálních metod a systémů, které budou k řešení práce používány.
  3. Příprava tenkých vrstev oxidu ceričitého a charakterizace jejich morfologie.
  4. Příprava a test vypařovadla molekul.
  5. Studium interakce organických radikálů s polykrystalickým povrchem CeO2.
  6. 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. C.D. Spicer, E.T. Pashuck, M.M. Stevens, Achieving Controlled Biomolecule–Biomaterial Conjugation, Chem. Rev. 118 (2018) 7702–7743
  4. N. Tsud, R.G. Acres, M. Iakhnenko, D. Mazur, K.C. Prince, V. Matolín, Bonding of Histidine to Cerium Oxide, J. Phys. Chem. B 117 (2013) 9182-9193
  5. B. Kovac, I. Ljubic, A. Kivimaki, M. Coreno, I. Novak, Characterisation of the electronic structure of some stable nitroxyl radicals using variable energy photoelectron spectroscopy, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (2014) 10734


Návrh a testování elektrochemické cely pro charakterizaci katalytických tenkých vrstev
Design and testing of electrochemical cell for thin film catalyst characterization


Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D. - A145, L067, tel. 2733, 2763

Anotace:

Palivové články s polymerní membránou (PEMFC) patří mezi nejslibnější zdroje čisté energie. Kromě aktivity a nákladů je životnost katalyzátoru použitého v PEMFC považována za jeden z klíčových problémů jeho úspěšné komercializace. Testování katalyzátoru ve skutečných palivových článcích je však časově náročné a vyžaduje velké množství materiálu. Proto pro testování stability katalyzátoru byly vyvinuty takzvané akcelerované zátěžové testy (AST), které využívají potenciodynamické cyklování v elektrolytu uvnitř elektrochemické cely. Elektrochemická cela se skládá ze tří elektrod: pracovní elektrody (WE), pomocné elektrody (CE) a referenční elektrody (RE) ponořené do elektrolytu. Klíčovou složkou takového sestavení je WE, na kterou se nanáší katalyzátor a na které dochází ke sledované reakci. Komerční elektrochemická cela používá jako WE sklovitý uhlík ve tvaru vysokého válečku/tyčky, což komplikuje charakterizaci katalyzátoru na jejím povrchu před a po AST pomocí běžných spektroskopických a mikroskopických technik kvůli jejich nekompatibilitě se vzorkem tyčkovitého tvaru. Vývoj spolehlivé, přenosné a snadno použitelné elektrochemické cely využívající ploché pracovní elektrody je tedy zásadní.

Tato práce se zaměří na vývoj speciální elektrochemické cely vhodné pro charakterizaci tenkovrstvého katalyzátoru nanášeného na plochou elektrodu pomocí magnetronového naprašování. Spolehlivost takové cely bude testována na bimetalických slitin na bázi Pt, které mají v současnosti nejvyšší potenciál jako katalyzátor pro PEMFC. Morfologie a složení katalyzátorů budou monitorovány skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) a energeticky disperzní rentgenovou spektroskopií (EDX) před a po AST.

Cílem práce je navrhnout, vyrobit a otestovat elektrochemickou celu pro charakterizaci tenkovrstvých katalyzátorů.

Zásady pro vypracování:

  1. Rešerše literatury.
  2. Návrh a výroba elektrochemické cely.
  3. Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním.
  4. Studium morfologie a složení připravených vrstev před a po AST v elektrochemické cele
  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. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd Edition, A.J. Bard, L.R. Faulkner, Wiley 2001, ISBN: 978-0-471-04372-0


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 detekce alkoholů pomocí metody vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie. 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 znalostí o mechanismech interakce mezi etanolem a detekujícími materiály ve vztahu k jejich nanomorfologii a složení, které by v budoucnu pomohly vyvinut plynový senzor s hodně vysokou citlivosti a selektivitou vůči alkoholům.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámit se s problematikou detekce plynů a vysokotlakou Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (NAP-XPS). Jedná se o jediné zařízení tohoto typu v celé České republice, na světě jich funguje pouze několik desítek.
  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 růstu Au klastrů na epitaxních vrstvách oxidu ceru s různou stechiometrií
Study of the growth of Au clusters on epitaxial cerium oxide films with different stoichiometry


Vedoucí: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.

Anotace:

Oxid ceru je dobře známý a široce používaný materiál díky své schopnosti snadno ukládat a následně uvolňovat kyslík [1]. Tato vlastnost ho předurčuje k využití v různých katalytických aplikacích (oxidace CO, water-gas-shift, reforming uhlovodíků …), kde slouží jako aktivní substrát pro katalyticky aktivní kovy jako jsou platina, rhodium, nikl a zlato [2, 3].

Jelikož většina metod povrchové fyziky vyžaduje elektrickou vodivost vzorků a objemový oxid ceru je izolant (band gap přibližně 6 eV), v modelových studiích se místo monokrystalického oxidu ceru používají tenké epitaxní vrstvy oxidu ceru na kovech s vhodnými vlastnostmi (například Cu nebo Ru [1, 4]). Na takto připravený povrch se deponují katalyticky aktivní kovy, jejichž katalytická aktivita je podpořena přítomností oxidu ceru.

Náplní této bakalářské práce je připravit tenké epitaxní vrstvy oxidu ceru s různou stechiometrií (s různým poměrem množství ceru a kyslíku v oxidu ceru). Příprava vrstev bude kontrolována pomocí metod LEED (nízkoenergetická elektronová difrakce) a XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie). Výsledné vrstvy budou zobrazeny pomocí metod STM (skenovací tunelová mikroskopie) nebo AFM (mikroskopie atomárních sil). Cílem práce by měla být sada dat získaných STM nebo AFM popisujících topografii povrchu „kov/oxid ceru/Au“. Tato data budou součástí většího výzkumného projektu, jenž se zaměřuje na studium katalytické aktivity oxidu ceru v různých chemických reakcích za operando podmínek.

Zásady pro vypracování

  1. Bibliografická rešerše.
  2. Seznámení se s experimentálními metodami XPS, LEED, STM a AFM.
  3. Příprava monokrystalického substrátu (například Ru(0001) nebo Cu(111)) v ultra-vysokém vakuu.
  4. Příprava epitaxních vrstev oxidu ceru s různou stechiometrií na vybraném substrátu
  5. Depozice vhodného množství Au na připravené povrchy.
  6. Charakterizace připravených vzorků pomocí STM/AFM.
  7. Vyhodnocení výsledků.
  8. Sepsání bakalářské práce.

Seznam odborné literatury


Studium růstu epitaxních vrstev oxidu ceru na povrchu Ru(0001)
Study of the epitaxial growth of cerium oxide on the Ru(0001) surface


Vedoucí: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.

Anotace:

Oxid ceru je dobře známý a široce používaný materiál díky své schopnosti snadno ukládat a následně uvolňovat kyslík [1]. Tato vlastnost ho předurčuje k využití v různých katalytických aplikacích (oxidace CO, water-gas-shift, reforming uhlovodíků …), kde slouží jako aktivní substrát pro katalyticky aktivní kovy jako jsou platina, rhodium a nikl [2, 3].

Jelikož většina metod povrchové fyziky vyžaduje elektrickou vodivost vzorků a objemový oxid ceru je izolant (band gap přibližně 6 eV), v modelových studiích se místo monokrystalického oxidu ceru používají tenké epitaxní vrstvy oxidu ceru na kovech s vhodnými vlastnostmi. Jedním z takových kovů je ruthenium [4].

Náplní této bakalářské práce je připravit tenké epitaxní vrstvy oxidu ceru na monokrystalu ruthenia s povrchovou orientací (0001). Příprava vrstev bude kontrolována pomocí metod LEED (nízkoenergetická elektronová difrakce) a XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie). Výsledné vrstvy budou zobrazeny pomocí metod STM (skenovací tunelová mikroskopie) nebo AFM (mikroskopie atomárních sil). Cílem práce by mělo být nalezení vhodných podmínek pro přípravu tenkých epitaxních vrstev vhodných pro další výzkum katalytické aktivity povrchů typu Ru(0001)/CeOx/kov.

Zásady pro vypracování

  1. Bibliografická rešerše.
  2. Seznámení se s experimentálními metodami XPS, LEED, STM a AFM.
  3. Příprava čistého monokrystalického povrchu Ru(0001) v ultra-vysokém vakuu.
  4. Příprava epitaxních vrstev oxidu ceru na povrchu Ru(0001).
  5. Charakterizace připravených vzorků pomocí STM/AFM.
  6. Vyhodnocení výsledků.
  7. Sepsání bakalářské práce.

Seznam odborné literatury