|
|
Teoretické studium dehydratace ethanolu katalyzované kyselými centry v zeolitech
Vacek, Jaroslav ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Uhlík, Filip (oponent)
Zeolity jsou významnou skupinou katalyticky aktivních hlinitokřemičitanů. Jsou běžně používány jako katalyzátory při zpracování ropy. Mohou být použity i pro jiné reakce, například pro dehydrataci ethanolu, kterou lze také označit za deoxygenaci ethanolu. V této práci byly použity oba tyto termíny zaměnitelně. Experimentálně bylo zjištěno, že produkty reakce jsou diethylether a ethylen. Tato reakce představuje potenciální způsob zpracování ethanolu jako biopaliva. Diethylether a ethylen jsou žádanými molekulami a mají široké využití. Jejich výroba z ethanolu je potenciálně zajímavá. V rámci experimentální studie (Shashikant A. Kadam, Mariya V. Shamzhy) z roku 2018 bylo zjištěno, že reakční podmínky ovlivňují složení a poměr produktů deoxygenace ethanolu. Za zvýšené teploty a za nízkých tlaků stoupá podíl ethylenu ve směsi produktů. Diethylether je preferovaný produkt za vysokých tlaků a za nižších teplot. Cílem této práce bylo objasnění mechanismu reakce a vysvětlení změny v selektivitě katalyzátoru za různých podmínek. Tato práce je koncipována jako navazující teoretická studie. Metody výpočetní chemie poskytují teoreticky podloženou představu o geometrii a energii molekulárních systémů. S jejich pomocí je možné zkoumat mechanizmus chemických reakcí a jejich energetické bariéry a bilance, které umožňují...
|
|
|
Theoretical Modeling of Two-dimensional Magnetic Materials
He, Junjie ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Zhang, Gang (oponent) ; Blonski, Piotr (oponent)
Vzhledem ke svým jedinečným chemickým a fyzikálním vlastnostem se dvojrozměrné (2D) materiály odvozené od grephenu, phosporenu či chalkogenidů tranzitních kovů těší velkému zájmu chemiků a fyziků. Drtivá většina těchto 2D materiálů není magnetická a jejich potenciální využití ve spintronice není přímočaré. Návrh a příprava nových 2D materiálů vykazujících magnetické vlastnosti a vysokou spinovou polarizovatelnost zůstává aktuální výzvou. Předmětem této dizertační práce je hledání 2D materiálů s požadovanými magnetickými a elektrickými vlastnostmi pomocí počítačových studií. Struktura, elektronické, magnetické a topologické vlastnosti nových 2D materiálů byly systematicky studovány pomocí metod funkcionálu hustoty s využitím PBE, PBE+U a HSE06 funkcionálů. Mezi studované systémy patří materiály odvozené od MXenů a vrstevnatých trihalidů tranzitních kovů. U obou typů systémů byly předpovězeny jedinečné magnetické a elektrické vlastnosti, ze kterých je patrný jejich obrovský potenciál pro aplikace ve spintronice. Dizertační práce popisuje vlastnosti celkem čtyř nově navržených materiálů s ojedinělými magnetickými vlastnostmi: (1)Asymetricky funkcionalizované MXeny. MXeny jsou 2D materiály sestávající z tranzitního kovu a uhlíku (nebo dusíku). Bylo zjištěno, že asymetricky funkcionalizované MXenů (na horní a...
|
|
|
Spatially separated HOMO/LUMO at interface of polypyrrole physisorbed on oxidized nanodiamond facets
Matunová, Petra ; Jirásek, Vít ; Rezek, Bohuslav
Nanodiamond particles (NDs) have recently risen in popularity owing to their unique and perspective properties. Merging NDs with organic molecules, such as polypyrrole (PPy), into hybrid organic-semiconductor functional systems gives rise to potential applications in photovoltaics (PV), which is supported by prior experimentally observed charge transfer between bulk diamond and PPy. This work focuses on the most relevant (111) and (100) O-terminated ND facets with different coverage of surface terminating oxygens in ether, epoxide, ketone, and peroxide positions. We use density functional theory (DFT) computations employing B3LYP functional and 6-31G(d) basis set. Energetically the most favorable oxidized ND facets were further optimized with PPy in physisorbed configurations. Analysis of geometry, binding energy, HOMO-LUMO gap, and charge transfer was done on the relaxed PPy-ND structures. Multiple hydrogen bonds are formed between PPy amino groups and O atoms on ND surface.
|
|
|
Theoretical Investigation of Mechanisms of Chemical Reactions Taking Place in Microporous Materials
Položij, Miroslav
Pomocí výpočetních metod byly zkoumány mechanismy tří chemických reakcí: Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce katalyzované organokovovým materiálem (tzv. "metal- organic framework") Cu3BTC2 a intramolekulární cyklizace nesaturovaných alkoholů katalyzovaná zeolitem H-ZSM-5. Bylo zjištěno, že reakční mechanismus všech tří reakcí je ovlivňován vysokou koncentrací aktivních míst v použitých katalyzátorech. Vysoká koncentrace adsorpčních míst dovoluje interakci reakčních intermediátů s více aktivními místy zároveň. V případě Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce dochází ke snížení aktivačních bariér v důsledku interakce reakčních intermediátů se dvěma katalyticky aktivními místy současně. Opačný efekt byl nalezen pro cyklizaci alkoholů v zeolitu, pro kterou bylo zjištěno, že současná interakce s dvěma aktivními místy zvedne aktivační bariéru reakce a zároveň omezí difúzi uvnitř zeolitu. Studie reakčního mechanismu Knoevenagelovy reakce odhalila (doposud nepopsanou) dynamickou tvorbu defektů v mříži organokovového materiálu. Tento defekt následně katalyzuje Knoevenagelovu reakci. Oba nově popsané efekty nabízí interpretaci dalších vlastností mikroporézních katalyzátorů s vysokou koncentrací aktivních míst.
|
|
|
Theoretical Investigation of Properties of 3D and 2D Zeolites
Ho, Viet Thang ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent) ; Cwiklik, Lukasz (oponent)
Zeolity jsou široce využívány v řadě oblastí včetně katalýzy, adsorpcí a separací, iontových výměn a ukládání plynů. Běžné zeolity mají trojrozměrnou (3D) strukturu obsahující systém mikroporézních kanálů. Typická velikost těchto kanálů je pod 1 nm, v důsledku čehož je řada procesů limitována rychlostí difúze a větší reaktanty (produkty) nemohou vůbec vstoupit (opustit) do kanálového systému. Dvojrozměrné (2D) zeolity připravené v posledních letech mohou zmírnit nebo zcela eliminovat problémy spojené s difúzí a představují velmi zajímavou alternativu k běžným 3D zeolitům. 2D zeolity byly intenzivně zkoumány v posledních letech zejména experimentálně, zatímco porozumění jejich vlastností na základě teoretických výpočtů či na základě kombinace experimentu a teorie je zatím značně omezené. Práce zde předkládaná je motivována snahou vyjasnit vlastnosti 2D zeolitů na základě výpočetní studie. Originalita našeho výzkumu je ve zvolené strategii - na základě systematického výzkumu vlastností 2D a korespondujících 3D zeolitů chceme nalézt a pochopit podobnosti a rozdílnosti mezi 3D a 2D zeolity. Soustředíme zejména na studium nejvýznamnějších vlastností zeolitů, tedy na popis Brønstedovské a Lewisovské kyselosti. Zabýváme se studiem různých charakteristik kyselých center v zeolitech a zejména takových...
|
|
|
Magnetic circular dichroism and aromatic compounds
Štěpánek, Petr ; Bouř, Petr (vedoucí práce) ; Matějka, Pavel (oponent) ; Srnec, Martin (oponent)
Název práce: Magnetický cirkulární dichroismus a aromatické sloučeniny Autor: Petr Štěpánek Katedra/Ústav: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i. Vedoucí disertační práce: prof. RNDr. Petr Bouř, DSc., Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i. Abstrakt: Práce představuje sérii studií zabývajících se magnetickým cirkulárním dichroismem (MCD), spektroskopickou metodou, u které v posledních letech došlo k intenzívnímu teoretickému rozvoji. Díky vývoji kvantově-chemických pro- gramů se otevírají nové možnosti výpočtů a interpretace MCD spekter větších a různorodějších molekul než bylo doposud možné. V představovaných studiích jsme využili nově vyvinutých výpočetních prostředků k rozšíření možných aplikací MCD a představujeme zde MCD například jako metodu pro získání informace o struktuře fullerenů. Dále jsme studovali vliv konformace a implicitního a explic- itního rozpouštědla na MCD spektra aromatických amino kyselin s pomocí nově implementovaného alternativního výpočetního postupu využívajícího sčítání přes excitované stavy. Představujeme také teoretické předpovědi spekter nukleárního spinově-indukovaného cirkulárního dichroismu coby nové strukturně-analytické metody....
|
|
|
Výpočetní studium adsorpce nasycených a nenasycených uhlovodíků v CPO-27 Metal-Organic Framework
Smetanová, Tereza ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent)
Název: Výpočetní studium adsorpce nasycených a nenasycených uhlovodíků v CPO-27 Metal-Organic Framework Abstrakt: Tato práce se věnuje adsorpci nasycených a nenasycených uhlovodíků na koordinačně nenasycená místa CPO-27, patřícího mezi tzv. Metal-Organic Frameworks (MOF), s využitím výpočetní chemie. Byla posouzena vhodnost několika funkcionálů (vdW-DF2, PBE, DFT- D2), které byly srovnávány s referenční metodou DFT/CC a dostupným experimentem, pro nalezení kvalitativně vhodné a zároveň výpočetně méně náročné metody pro popis koordinačně nesaturovaných adsorpčních míst v materiálech typu MOF. Byly vyšetřovány vlastnosti dvou různých kationtů kovů přítomných v CPO-27 (Mg, Cu) a jejich vhodnost pro adsorpci a selektivitu plynů byla diskutována na základě získaných dat. Klíčová slova: adsorpce, metal-organic frameworks, teorie funkcionálu hustoty, koordinačně nenasycená adsorpční místa
|
|
|
Structure, dynamics and reactivity of the hydrated electron
Uhlig, Frank ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Pittner, Jiří (oponent) ; Sebastiani, Daniel (oponent)
Struktura, dynamika a reaktivita hydratovaného elektronu Frank Uhlig Tato práce se zabývá zkoumáním hydratovaného elektronu, který je jedním z produktů ionizace vody a klíčovým meziproduktem radiační chemie ve vodném prostředí. Ačkoli se o existenci hydratovaného elektronu ví již více než 50 let, jeho struktura je těžko postižitelná a je předmětem diskuzí až do současnosti. V této práci jsme ukázali, že pomocí ab initio metod lze získat věrohodný popis hy- dratovaného elektronu, jeho rovnovážné struktury, jeho dynamiky po zachycení vodou a jeho reaktivity. Za tímto účelem byly zkoumány malé klastrové modely i rozsáhlé systémy modelující jak vnitřek, tak povrch kapaliny s rozpuštěným elektronem.
|
|
|
Structure and dynamics of electronic defects in liquid water
Maršálek, Ondřej
Název práce: Struktura a dynamika elektronických defektů v kapalné vodě Autor: Ondřej Maršálek Ústav: Ústav orgaincké chemie a biochemie, Akademie věd České republiky Vedoucí doktorské práce: prof. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V této práci předkládáme ab initio molekulárně dynamické simulace elektron- ických defektů v kapalné vodě. Fotoionizací kapalné vody vzniká kationtová díra, která ultrarychlým procesem reaguje na hydratovaný proton a hydroxylový radikál. Studujeme dynamiku i spektroskopii tohoto procesu. Hydratovaný elektron je klíčovým meziproduk- tem v radiační chemii vodných roztoků. Simulujeme jeho rovnovážné vlastnosti v záporně nabitých vodních klastrech i dynamiku vertikálního záchytu elektronu teplými a studenými klastry. Reakcí hydratovaného elektronu a hydratovaného protonu vzniká vodíkový atom. Tuto reakci zkoumáme za konečné teploty ve větším klastru a detailněji v klastru menším. Protože oba zde studované elektronické defekty jsou náročné systémy s otevřenou slup- kou, klademe důraz na ověření nastavení výpočtů. K práci je přiloženo šest publikovaných článků. Klíčová slova: teorie funkcionálu hustoty, selfinterakční korekce, ab...
|
|
|
"Ab initio" studium systémů na bázi CeO2
Fečík, Michal ; Szabová, Lucie (vedoucí práce) ; Chvoj, Zdeněk (oponent)
Heterogenní katalýza hraje významnou roli pro zvy¹ování efektivity rùzných procesù. Vysokou katalytickou aktivitu vykazují oxidy ceru patøící k tzv. reducibilním oxidùm, je¾ snadno uvolòují èi (zpìtnì) pøijímají atomy kyslíku prostøednictvím procesù redukce a oxidace. Zámìrem pøedlo¾ené práce je vypoèítat pásové struktury a øezy plochami konstantní energie objemových a povrchových systémù oxidu ceru pomocí kvantovì-mechanické "ab initio"metody Teorie hustotního funkcionálu. Numerické simulace jsou provádìny pomocí programového balíèku Quantum ESPRESSO za u¾ití metod rovinných vln a pseudopotenciálu. Silná korelace elektronù v pøípadì atomù ceru je modelována pøidáním Hubbardova U-èlenu. Hlavní dùraz je kladen na mo¾nost porovnávání teoretických výsledkù s tìmi získanými pomocí experimentální metody úhlovì-rozli¹ené fotoelektronové spektroskopie umo¾òující pøímý zisk jak pásových struktur, tak øezù plochami konstantní energie zkoumaného materiálu. Porovnání pomù¾e jak poznat mo¾nosti a mo¾né hranice zmínìné experimentální metody, tak i roz¹íøit její teoretické zázemí vedoucí k prohloubení znalostí materiálù perspektivních pro katalýzu. Klíèová slova: Teorie hustotního funkcionálu, Hubbardùv U-èlen, pásová struktura, plocha konstantní energie, Brillouinova zóna 1
|
host ::
RSS.