Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2018/2019 následující témata diplomových 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 diplomových prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732
Konzultant: Xiaohui Ju, Ph.D., Mgr. Anna Fučíková, Ph.D. (KCHFO)
Anotace:
Diplomová práce bude zaměřena na přípravu a studium vlastností nanočástic oxidu ceričitého (CeO2) pro biomedicínské aplikace. 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. Pro využití ceriových nanočástic v bioaplikacích musí být povrch nanoceria funkcionalizovaný hydrofilním povlakem tak, aby se zabránilo aglomeraci částic v buněčném prostředí a přitom aby se zachovala biokompatibilita a biomedicínské vlastnosti ceroxidu. Nanočástice ceria budou syntetizovány v organických solventech a jejich povrchové vlastnosti dále upravovány různými hydrofilními polymerními povlaky. Vlastnosti nanočástic oxidu ceru bude studována v závislosti na jejich velikosti, povrchovém náboji a tloušťce povlakové vrstvy. Ke studiu budou využity metody mikroskopické (AFM, SEM, resp. TEM) i spektroskopické (XPS). Povrchový náboj nanočástic bude zjišťován pomocí zeta potenciálu a antioxidační aktivita nanočástic se bude měřit UV-VIS a fluorescenční spektroskopií.
Zásady pro vypracování
1) Bibliografická rešerše.
2) Seznámení se s jednotlivými metodami.
3) Seznámení se s problematikou přípravy nanočástic oxidu ceru.
4) Syntetizování nanočástic a funkcionalizace jejich povrchu – hledání optimálních podmínek.
5) Charakterizace připravených vzorků a studium jejich vlastností.
5) Vyhodnocení výsledků.
Literatura
1) Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
2) Challa S. S. R. Kumar (Ed.) (2006). Biofunctionalization of nanomaterials. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH, ISBN-13: 9783527313815.
3) Challa S. S. R. Kumar (Ed.) (2010). Biomimetic and Bioinspired Nanomaterials, Wiley-VCH Verlag GmbH, ISBN-13: 9783527321674.
4) Challa S. S. R. Kumar (Ed.) (2013). UV-VIS and Photoluminescence Spectroscopy for Nanomaterials Characterization, Springer, Berlin, ISBN-13: 9783662509111.
Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Anotace:
Kromě aktivity a ceny je stabilita katalyzátoru jedním z klíčových problémů pro úspěšnou komercializaci palivových článku s polymerní membránou (PEMFC). Kvůli korozním podmínkám katody PEMFC je degradace katalyzátoru nevyhnutelná a vede ke zhoršení výkonu palivových článků v průběhu jejich používání. Úplné znalosti o vývoji struktury a složení katalyzátorů v podmínkách provozu palivových článků však zůstávají velmi vzácné. To je dáno především tím, že většina studií zkoumala katalyzátory pouze před a po reakci. Vznik moderních in-situ technik umožňuje zkoumat katalyzátor přímo za reakčních podmínek a očekává se, že výrazně zlepší porozumění mechanismům, které řídí degradaci katalyzátoru.
V rámci této práce budou katalyzátory připravovány metodou magnetronového naprašování. Simulace provozních podmínek palivového článku bude provedena v elektrochemické cele a chování katalytických vrstev bude zkoumáno in-situ pomocí mikroskopie atomárních sil přímo v elektrochemické cele (EC-AFM). Pro dodatečnou charakterizaci budou využívány také ex-situ metody elektronových mikroskopií (SEM, TEM) a fotoelektronová spektroskopie (XPS). Zvláštní pozornost bude věnována různým provozním režimům palivových článků.
Cílem práce bude sledovat souvislosti mezi morfologickou, strukturní a kompoziční degradací katalyzátoru a provozními podmínkami palivových článků.
Zásady pro vypracování
1. Studium doporučené literatury a seznámení se s principy diagnostických metod používaných v laboratoři
2. Seznámení se s metodou přípravy tenkých vrstev a jednotlivými zařízeními, které budou využívány v rámci této práce (AFM, SEM, TEM, XPS, EC-cela, EC-AFM, stanice s palivovým článkem)
3. Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním
4. Studium morfologie, složení a aktivity připravených katalytických vrstev v průběhu jejich stárnutí
5. Zpracování experimentálních dat a sepsání diplomové práce
Literatura
[1] Polymer Electrolyte Fuel Cell Degradation, M. Mench, E. C. Kumbur, T. N. Veziroglu, Elsevier (2012)
[2] Khalakhan, I. et al. In situ electrochemical AFM monitoring of the potential-dependent deterioration of platinum catalyst during potentiodynamic cycling. Ultramicroscopy, 187, 64–70, (2018).
[3] Khalakhan, I. et al. In situ probing of magnetron sputtered Pt-Ni alloy fuel cell catalysts during accelerated durability test using EC-AFM. Electrochim. Acta, 245, 760–769 (2017).
Vedoucí: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.
Anotace:
Vysokotlaká rentgenová fotoelektronová spektroskopie (NAP XPS) umožňuje v reálném čase sledovat chemické procesy na povrchu pevné látky, která je v kontaktu s plynem (směsí plynů). Ve vypsané práci se zaměříme na studium elektronové struktury povrchů různě připravených tenkých vrstev oxidu ceru v průběhu jejich interakce s vodní parou.
Cílem práce bude pochopení základních procesů probíhajících na povrchu katalyzátoru pro palivové články v reálných pracovních podmínkách.
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 tenkých vrstev oxidu ceru (2-3 nm) definované orientace na povrchu monokrystalů Cu (111) a Ru (0001).
4) Studium interakce připravených vrstev s vodní parou metodou NAP-XPS.
5) Zpracování experimentálních dat a sepsání diplomové práce.
Literatura
1. 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.
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. Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
4. Polymer Electrolyte Fuel Cell, A. A. Franco, Pan Standford Publishing, Singapore 2013, ISBN 978-981-4310-82-6.
5. Odborné články podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Konzultant: Mgr. Peter Kúš
Anotace:
Elektrolyzér vody s protonově vodivou membránou (PEM-WE) je zařízení, které umožňuje přeměnu přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů v době vysoké produkce a nízkého odběru na uskladnitelnou energii chemickou. Produkty endortemní reakce 2H2O + elektrická energie -> O2 + 2H2 je plynný vodík a kyslík, které mohou být zpětně použity v palivovém článku (PEM-FC) díky spontánní reakci O2 + 2H2 -> 2H2O + elektrická energie. Vzhledem k tomu, že jednotlivé redoxní reakce PEM-WE a PEM-FC jsou katalyzovány vzácnými kovy (Pt v případě PEMFC; Ir, Ru a Pt v případě PEM-WE), vzniká z pohledu masovější komercializace potřeba minimalizovat jejich množství. Ambiciózní myšlenkou je vytvořit hybridní zařízení, reverzibilní palivový článek (PEM-URFC), schopný pracovat v režimu jak elektrolyzéru, tak palivového článku.
Předmětem této diplomové práce bude navázat na předběžné výsledky skupiny EVI v oblasti vývoje tenkovrstvého nanostrukturovaného bifunkčního katalyzátoru Pt-Ir. Pt-Ir vrstvy budou deponované metodou multiterčového magnetrónového naprašování. Následně budou charakterizovány celou škálou analytických metod včetně elektronové skenovací mikroskopie, atomové silové mikroskopie, energiově-disperzní spektroskopie či fotoelektronové spektroskopie. Samotné katalytické vlastnosti vrstev budou zkoumány v plnohodnotné experimentální cele PEM-URFC za reáných operačních podmínek.
Zásady pro vypracování
1) Bibliografická rešerše.
2) Seznámení se s jednotlivými experimentálními metodami.
3) Příprava série tenkovrstvých katalyzátorů pro PEM-URFC.
4) Charakterizace připravených vzorků a studium jejich vlastností.
5) Vyhodnocení výsledků a sepsání diplomové práce.
Literatura
1. M.Carmo, D. L. Fritz, J. Mergel, D. Stolten, International Journal of Hydrogen Energy 38(12) (2013) 4901–4934.
2. S.A. Grigoriev, P. Millet, K.A. Dzhus, H. Middleton, T.O. Saetre, V.N. Fateev , International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5070–5076
3. J. Ge, H. Liu, Journal of Power Sources 142 (2005) 56–69.
4. M. Eikerling, A. Kulikovsky, Polymer Electrolyte Fuel Cells, Physical Principles of Materials and Operation, Taylor & Francis Group, CRC Press, Boca Raton 2015, ISBN 978-1-4398-5405-1
5. Články v literatuře podle doporučení vedoucího.