Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2026/2027 následující témata diplomových prací.zobrazit předchozí rok (2025/2026), další rok (2027/2028)
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2026/2027 následující témata diplomových 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) v poslední době přitahují velkou pozornost díky svému potenciálu pro katalýzu a technologie ukládání/přeměny energie. Jejich unikátní povrchové vlastnosti nejsou dostupné u tradičních katalyzátorů, jako jsou čisté kovy nebo bimetalické slitiny. Systematické zkoumání HEA pro elektrochemické aplikace je však značně komplikováno obrovskou škálou složení, což činí tradiční syntézu a elektrochemickou charakterizaci jednotlivých složení „jeden po druhém“ časově náročnou a neefektivní.
Cílem této diplomové práce je návrh, konstrukce a testování skenovací průtokove cely (Scanning Flow Cell, SFC) pro rychlou elektrochemickou analýzu víceprvkových vzorků s koncentračním gradientem. Tenké vrstvy víceprvkových slitin s koncentračním gradientem napříč jedním vzorkem budou připraveny pomocí magnetronového ko-naprašování. Vyvinutá SFC umožní systematické měření elektrochemických vlastností napříč různými složeními na jediném vzorku, což významně urychlí identifikaci slibných katalytických materiálů. Funkčnost systému bude ověřena standardními elektrochemickými testy a měřením reprodukovatelnosti.
Výsledky práce přispějí k rychlému screeningu víceprvkovych materiálů a poskytnou platformu pro systematické studium vztahu mezi složením a elektrochemickou aktivitou.
Zásady pro vypracování:
1) Rešerše literatury.
2) Návrh a výroba SFC cely
3) Příprava tenkých vrstev víceprvkových slitin pomocí magnetronového ko-naprašování.
4) Ověření funkčnosti SFC standardními elektrochemickými testy.
5) Zpracování experimentálních dat a sepsání diplomové práce.
Literatura:
[1] Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd Edition, A.J. Bard, L.R. Faulkner, Wiley 2001, ISBN: 978-0-471-04372-0
[2] S.O., Klemm, et al. Coupling of a high throughput microelectrochemical cell with online multielemental trace analysis by ICP-MS. Electrochem. Commun., 2011, 13(12), 1533-1535.
[3] 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:
Na katedře fyziky povrchů a plazmatu byla nedávno vybudována unikátní laboratorní infrastruktura určená ke studiu reaktivity povrchů pevné látky za kontrolované expozice plynům při zvýšených teplotách. Klíčovým přístrojovým vybavením je systém vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie (NAP-XPS). V roce 2026 bude tento systém dále rozšířen o vysokotlaký infračervený spektrometr s modulací polarizace pro reflexně-absorpční měření (PM-IRRAS). Plně vakuově propojené uspořádání umožní přípravu dobře definovaných modelových pevných povrchů za podmínek ultravysokého vakua a jejich následné in-situ studium během kontrolované expozice plynem při zvýšených tlacích a teplotách.
Cílem této práce je realizovat průkopnické studie v oblasti heterogenní katalýzy s využitím techniky PM-IRRAS. PM-IRRAS je výkonná metoda pro studium vibračních módů molekul adsorbovaných na povrchu pevných látek. Tyto informace jsou klíčové pro pochopení povahy adsorpčních míst a pro predikci chování povrchů v chemických reakcích. Výzkum bude zahrnovat studium adsorpce molekul relevantních pro C1 katalýzu, jako jsou CO, H2O, a CH3OH, na monokrystalických površích přechodných kovů (Pt, Ni a Ru), které jsou běžně využívány jako aktivní složky heterogenních katalyzátorů.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámit se s laboratorní infrastrukturou určenou pro přípravu a studium povrchu pevné látky za kontrolované expozice plynem při zvýšených teplotách.
2. Prostudovat relevantní odbornou literaturu vztahující se k tématu práce.
3. Studovat adsorpci molekul CO, H₂O a CH₃OH na površích monokrystalů Pt(111), Ru(0001) a Ni(111) metodou PM-IRRAS při pokojové teplotě.
4. Studovat vliv teploty substrátu a tlaku plynu na adsorpci molekul CO, H2O a CH3OH na površích Pt(111), Ru(0001) a Ni(111) metodou PM-IRRAS.
5. Zpracovat experimentální data a vyhodnotit podmínky, za nichž PM-IRRAS poskytuje užitečné informace o adsorpčních pozicích a stupni pokrytí povrchu molekulami.
6. Sepsat diplomovou práci.
Seznam odborné literatury
1. Practical Surface Analysis (second edition), Volume 2: Ion and Neutral Spectroscopy, edited by D. Briggs and M.P. Seah, John Wiley and Sons, 1992. ISBN-13. 978-0471920823.
2. Brown, J. M., Molecular Spectroscopy, Oxford University Press, 1998. ISBN: 9780198557852.
3. R. B.David, M. A.Andres, B.-O.Shalom, B.Karagoz, G.Held, B.Eren, Atomistic Insights Into the Surface Dynamics of Ni(111) During Reverse Water gas Shift Reaction, ChemCatChem 2024, 16, e202400937.
4. Ashley R. Head et al., CO adsorption on Pd(100) studied by multimodal ambient pressure X-ray photoelectron and infrared reflection absorption spectroscopies, Surf. Sci., 665 (2017) 51.
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.
Sulfidy přechodných kovů, například MoS2 nebo NiSx, představují perspektivní alternativu díky své nízké ceně, vysoké specifické ploše a vhodným elektronovým vlastnostem pro reakci vývoje vodíku. Oproti konvenčním metodám přípravy umožňuje magnetronové naprašování přesné řízení složení, struktury a morfologie tenkých vrstev, což je klíčové pro systematické studium vztahu mezi strukturou a katalytickou aktivitou.
Cílem diplomové práce je připravit modelové sulfidické katalyzátory pomocí magnetronového naprašování a detailně studovat jejich chemické složení, elektronovou strukturu, morfologii a katalytickou aktivitu v závislosti na depozičních parametrech. Důraz bude kladen na analýzu pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS), včetně vyhodnocení oxidačních stavů a chemického okolí jednotlivých prvků. Morfologie a složení budou dále studovány pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDX).
Součástí práce bude také elektrochemické testování katalytické aktivity připravených materiálů pro reakci vývoje vodíku (HER). Cílem práce je propojit depoziční podmínky, strukturu materiálu a jeho katalytické vlastnosti a přispět k pochopení role sulfidických katalyzátorů ve vodíkových technologiích.
Zásady pro vypracování:
1. Studium literatury
2. Seznámit se s principem fungování elektrolyzéru vody a magnetronového naprašování
3. Seznámit se s charakterizačními metodami SEM, EDX, XPS a se základy elektrochemického testování katalyzátorů
4. Připravit sulfidické tenké vrstvy (např. MoS2, NiSx) s různými depozičními parametry
5. Provést detailní charakterizaci připravených vzorků
6. Otestovat elektrochemickou aktivitu připravených katalyzátorů
7. Vyhodnotit výsledky
8. Napsat diplomovou 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. https://doi.org/10.1016/C2023-0-01237-7