|
|
2D materials for electrocatalysis and hydrogen generation as clean energy source
Sanna, Michela ; Kim, Daewoo (referee) ; Urso, Mario (referee) ; Pumera, Martin (advisor)
Elektrochemická výroba vodíku z vody získává stále více pozornosti jako čistý a obnovitelný zdroj energie v reakci na alarmující environmentální problémy způsobené těžbou fosilních paliv během posledních století. Proces však lze považovat za ekologicky šetrnou alternativu pouze tehdy, pokud je poháněn obnovitelnými zdroji energie, jako je solární energie, největší uhlíkově neutrální zdroj dostupný na naší planetě. Solární energie lze přeměnit na elektřinu pomocí solárních panelů a elektrická energie může být využita k rozkladu vody za pomocí elektrokatalyzátorů, jako je platina. Alternativně lze rozklad vody na vodík provádět přímo pomocí solární energie. Nicméně výtěžky přímého fotochemického rozkladu vody jsou nízké. Kombinace obou přístupů, nazývaná fotoelektrochemický rozklad vody, kombinuje nejlepší z obou světů - elektrokatalytický rozklad vody s pomocí fotonů. Z tohoto důvodu je studium nových materiálů založených na hojně se vyskytujících prvků, které lze použít jako fotoelektrokatalyzátory pro tvorbu vodíku, zásadní pro navádění společnosti k udržitelnější výrobě energie. Tato práce zkoumá potenciál těchto nových dvourozměrných (2D) materiálů a souvisejících sloučenin, spolu s výzkumem využití 3D tisku pro výrobu funkčních elektrod v oblasti fotoelektrochemie. Studium několika přechodných kovových selenofosfitů potvrdilo jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro tvorbu vodíku, zejména za působení viditelného světla. MAX fáze byly modifikovány expozicí fluorovému plynu a vlastnosti získaných fluorovaných MAX byly zkoumány, začínaje jejich morfologií až po jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro reakci vývoje vodíku. Fluorované fáze vykazovaly lepší výkony ve srovnání s neošetřenými fázemi MAX. Zlepšená katalytická aktivita byla přičítána fotoaktivním oxyfluoridům, které vznikaly v důsledku procesu fluorace. Fotoaktivita fází MAX byla dále zkoumána jak teoreticky, tak experimentálně, aby bylo možné porozumět původu fotokatalytického chování. Výsledky ukázaly, že přítomnost oxidových nečistot na fázích hraje klíčovou roli v fotoelektrochemické tvorbě vodíku. Role oxidů v fotokatalytické aktivitě těchto sloučenin inspirovala výrobu a zkoumání 3D tištěných elektrod a jejich modifikaci s oxidy deponovanými atomovou vrstvou (ALD), jako je TiO2, SiO2 a Al2O3. I v tomto případě přítomnost tenké vrstvy oxidu na povrchu elektrody významně přispěla ke zlepšení výkonu za působení viditelného světla. Získané výsledky prokázaly důležitost základního studia nových 2D materiálů pro aplikaci v fotoelektrochemické výrobě vodíku a otevřely nové pohledy na výrobu inovativních 3D tištěných vodivých zařízení, která lze modifikovat s funkčními materiály pro přeměnu energie.
|
|
|
Preparation of optical thin films by chemical vapor deposition
Koryčánek, Adam ; Kvapil, Michal (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
This work is focused on the comparison between physical vapor deposition methods of thin antireflective layers and chemical vapor deposition (CVD) methods, for applications in the field of optics. The work begins with basic concepts and principles related to anti-reflective coatings, their deposition and characterization. Furthermore, in the experimental part, the techniques of ellipsometry, atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) are used to characterize the properties of the layers and their comparison.
|
|
|
Supported nanostructured Pd catalyst using atomic layer deposition: from methanol oxidation to hydrogen evolution reaction
Bawab, Bilal ; Knez, Mato (referee) ; Nielsch, Kornelius (referee) ; Macák, Jan (advisor)
V této práci byly zkoumány katalytické schopnosti druhů Pd deponovaných metodou Atomic Layer Deposition (ALD) na různých substrátech. Druhy Pd složené z nanočástic (NP) a jednotlivých atomů (SA) byly syntetizovány na vrstvách anodických nanotrubiček TiO2 (TNT) a uhlíkových papírech, aby se prozkoumalo jejich chování při elektrooxidaci methanolu a reakci vývoje alkalického vodíku (HER). Pd NP byly naneseny na vrstvy TNT jako katalyzátor oxidace methanolu, čímž se využil jejich velký povrch a přímý elektrický kontakt přes titanovou fólii. TEM analýza ukázala velikosti částic Pd mezi 7 a 12 nm, s posunem k tvorbě porézní vrstvy Pd po 450 cyklech ALD. Cyklická voltametrie odhalila, že katalytická aktivita dosáhla vrcholu po 400 a 450 cyklech, což ukazuje na optimální zatížení Pd a vlastnosti proti otravě, což potenciálně umožňuje přímou konverzi CH3OH na CO2. Další role Pd dosáhla přítomností SA a NP. Druhy Pd byly dekorovány na uhlíkových papírech a byly studovány jako HER katalyzátor. vzorky před a po elektrochemických měřeních byly charakterizovány rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií potvrzující přítomnost druhů Pd2+. Elektrochemicky aktivní povrchová plocha se významně zvýšila s cykly ALD a dosáhla plató při 300c Pd. Pozoruhodné je, že CP 600c Pd vykazoval nadměrný potenciál 4,55 mV, což je nejnižší hodnota udávaná pro Pd elektrokatalyzátory v alkalických podmínkách. To zdůrazňuje synergické účinky Pd konfigurací na zesílení HER a zkoumá mechanismus, kterým dochází k HER procesu.
|
|
|
Alternative approaches for Preparation of AlN Nanolayers by Atomic Layer Deposition
Dallaev, Rashid ; Krčma, František (referee) ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Sedlák, Petr (advisor)
Nitrid hliníku (AlN) je slibný polovodivý materiál s velkou mezerou v pásu. Tenké filmy AlN nacházejí uplatnění v různých elektronických a optoelektronických zařízeních. V první řadě je cílem výzkumu prezentovaného v rámci této disertační práce představit nové prekurzory do procesu ALD pro depozici tenkých vrstev AlN. Navrhované prekurzory jsou lepší než tradiční prekurzory buď v nákladové efektivnosti nebo reaktivitě. Část disertační práce je věnována prohloubení porozumění chemickým procesům, které probíhají během a po depozici. V tomto ohledu bylo navrženo pracovní řešení ke zlepšení chemického složení výsledných filmů a ke zmírnění nedostatků, například oxidace. Dalším důležitým aspektem této studie je důkladná analýza fenoménu vodíku v tenkých vrstvách AlN ALD. Vodíkové nečistoty byly zkoumány pomocí přesných a pokročilých technik patřících do skupin analýzy iontovým paprskem (IBA).
|
|
|
The effect of modification of cermic surface on the sintering of advanced ceramic materials
Vykydal, Adam ; Spusta, Tomáš (referee) ; Pouchlý, Václav (advisor)
This thesis is focused on the effect of modification of ceramic surface on the sintering of the advanced ceramic materials. To modify the surface of ceramic materiál was used method atomic layer deposition. For the research we used materiál TiO2 and materiál TiO2, which was modified using gas in an ALD chamber. To determine the appropriate sintering temperature we used high-temperature dilatometry, where we found that the sintering temperature is about 800 °C. Moreover, the coefficient of thermal expansion (CTE) was determined using subsequent calculation with the data of shrinkage from sintering densification curve. The samples were placed in a kiln where they were sintered on the mentioned temperature on four different dwell times to find effective dwell time for the best value of density of material. Using a scanning electron microscope, the surface-modified material was found to have a uniform structure when sintered to 800 ° C. At a sintering temperature of 1500 ° C, it can be observed that the ZrO2 did not remain only at the grain boundaries, but is more or less evenly distributed. The core-shell structure was not preserved in the structure, however ZrO2 was agglomerated into particles and in the vicinity of these particles titanium dioxide and zirconia react according to the phase diagram. Based on the diagram, it can be stated that this is the ZrTiO4 phase. The occurrence and size of this pase can be verified by RTG analysis.
|
|
|
Alternative approaches for Preparation of AlN Nanolayers by Atomic Layer Deposition
Dallaev, Rashid ; Krčma, František (referee) ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Sedlák, Petr (advisor)
Nitrid hliníku (AlN) je slibný polovodivý materiál s velkou mezerou v pásu. Tenké filmy AlN nacházejí uplatnění v různých elektronických a optoelektronických zařízeních. V první řadě je cílem výzkumu prezentovaného v rámci této disertační práce představit nové prekurzory do procesu ALD pro depozici tenkých vrstev AlN. Navrhované prekurzory jsou lepší než tradiční prekurzory buď v nákladové efektivnosti nebo reaktivitě. Část disertační práce je věnována prohloubení porozumění chemickým procesům, které probíhají během a po depozici. V tomto ohledu bylo navrženo pracovní řešení ke zlepšení chemického složení výsledných filmů a ke zmírnění nedostatků, například oxidace. Dalším důležitým aspektem této studie je důkladná analýza fenoménu vodíku v tenkých vrstvách AlN ALD. Vodíkové nečistoty byly zkoumány pomocí přesných a pokročilých technik patřících do skupin analýzy iontovým paprskem (IBA).
|
|
|
Characterization Of Aln Nanolayers Deposited On A Surface Of Hopg By Pe-Ald
Dallaev, Rashid
In this study plasma-enhanced atomic layer deposition process of AlN has been performedwith the purpose to test the expediency of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) to serve as asubstrate in such process. The obtained samples were thoroughly analyzed using various analyticaltechniques. Atomic force microscopy was employed for studying topographic and morphologicalfeatures of the surface; x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis supported by second ionmassspectrometry method (SIMS) has been conducted on the obtained sample to investigate thechemical nature of the deposited films as well as elemental distribution. Temperature stability ofHOPG makes it a suitable substrate for preparation of AlN films, being a bottom contact for furthertesting of the films electrical properties. The data gathered from the aforementioned techniques haveindicated that HOPG is a viable choice for AlN ALD process.
|
|
|
Structural Charachterization Of Aln Thin Films Obtained On Silicon Surface By Pe-Ald
Dallaev, Rashid
The aim of this study is to investigate the hydrogen impregnations in AlN thin films deposited using plasma-enhanced atomic layer deposition technique. As of date, there is an apparent gap in the literature regarding the matter of hydrogen impregnation within the AlN layers. Hydrogen is a frequent contaminant and its content has detrimental effect on the quality of resulted layer, which is why it is relevant to investigate this particular contaminant and try to eliminate or at least minimize its quantity. Within the films hydrogen commonly forms amino or imide types of bonds (–NH2, - NH). There is only a handful of analytical methods enabling the detection of hydrogen. This particular study comprises two of them – Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and second ion-mass spectrometry (SIMS). XPS analysis has also been included to examine the surface nature and structural imperfections of the grown layer.
|
|
|
The effect of modification of cermic surface on the sintering of advanced ceramic materials
Vykydal, Adam ; Spusta, Tomáš (referee) ; Pouchlý, Václav (advisor)
This thesis is focused on the effect of modification of ceramic surface on the sintering of the advanced ceramic materials. To modify the surface of ceramic materiál was used method atomic layer deposition. For the research we used materiál TiO2 and materiál TiO2, which was modified using gas in an ALD chamber. To determine the appropriate sintering temperature we used high-temperature dilatometry, where we found that the sintering temperature is about 800 °C. Moreover, the coefficient of thermal expansion (CTE) was determined using subsequent calculation with the data of shrinkage from sintering densification curve. The samples were placed in a kiln where they were sintered on the mentioned temperature on four different dwell times to find effective dwell time for the best value of density of material. Using a scanning electron microscope, the surface-modified material was found to have a uniform structure when sintered to 800 ° C. At a sintering temperature of 1500 ° C, it can be observed that the ZrO2 did not remain only at the grain boundaries, but is more or less evenly distributed. The core-shell structure was not preserved in the structure, however ZrO2 was agglomerated into particles and in the vicinity of these particles titanium dioxide and zirconia react according to the phase diagram. Based on the diagram, it can be stated that this is the ZrTiO4 phase. The occurrence and size of this pase can be verified by RTG analysis.
|
|
|
Characterization Of Aln Thin Films Deposited On Thermally Processed Silicon Substrates Using Pe-Ald
Dallaev, Rashid
The aim of this work is to study topography and chemical composition of AlN thin films deposited on Si substrates previously exposed to various time of thermal processing using plasma-enhanced atomic layer deposition technique. The samples were heated up to 500 °C for the period of 2 and 4 hours. Chemical composition of wafers and the films obtained are provided by Xray photoelectron spectroscopy (XPS). Surface topography was investigated using atomic force microscopy (AFM).
|
guest ::
