|
|
Electrochemical study of novel materials for energy conversion application
Novčić, Katarina ; Rees, Neil (referee) ; Kim, Daewoo (referee) ; Pumera, Martin (advisor)
Slibnou alternativou k řešení současné energetické a environmentální krize spočívá v využití elektrochemického rozkladu vody pomocí reakce na vývoj vodíku (HER). Proto existuje naléhavá potřeba zkoumat a vyvíjet nové elektrokatalyzátory pro aplikaci přeměny energie a HER jako součást tohoto procesu. Různé nové materiály se ukázaly jako slibní elektrokatalyzátory pro HER. Mezi nimi mají dvourozměrné (2D) materiály, jako jsou dichalkogenidy přechodových kovů (TMD), MAX fáze a MXeny, velkou pozornost díky svým slibným elektrochemickým vlastnostem. Navíc tisk ve 3D otevřel cestu k rychlému prototypování a výrobě elektrodových zařízení, a jejich kombinace s různými 2D materiály zůstává výzvou. Tato práce se zabývá elektrochemickým studiem různých nových materiálů pro aplikace přeměny energie a čisté výroby vodíku. Představuje studium makroskopické a mikroskopické elektrochemické výkonnosti upravených 3D-tisknutých nanouhlíkových elektrod a elektrokatalyzátorů TMD, MAX fáze a MXen. Makroskopická elektrochemická aktivita je studována tradičními technikami, jako je voltametrie, poskytující informace o průměrném elektrochemickém výkonu materiálů. Kromě toho je jejich mikroskopická elektrochemická aktivita prováděna skenovací elektrochemickou mikroskopií (SECM), která poskytuje vhled do místních rozdílů v elektrochemické aktivitě materiálů a informace o distribuci a rovnoměrnosti HER aktivních míst na površích materiálů. Tato práce má široké důsledky pro obecné porozumění elektrokatalytickému výkonu nových 2D materiálů, což je důležité pro jejich budoucí vývoj jako elektrokatalyzátorů.
|
|
|
Microscopic and spectroscopic analysis of elementary 2D materials
Jeřábek, František ; Procházka, Pavel (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
Tato práce se zabývá analýzou struktur tvořených při depozici fosforu na monokrystal mědi Cu(111) za podmínek ultravysokého vakua. Součástí práce je komplexní shrnutí aktuálního pokroku v oblasti syntézy černého a modrého fosforenu. Kromě samotných metod přípravy je diskutována také předpovězená stabilita těchto struktur. V práci jsou prezentovány výsledky analýzy tří struktur pomocí skenovací tunelové mikroskopie a spektroskopie, prokazující možnost přípravy jednovrstvého modrého fosforenu na měděném substrátu. In-situ analýza stability připravených struktur pomocí skenovací tunelovací mikroskopie prokazuje velmi rychlou degradaci modrého fosforenu i za podmínek ultravysokého vakua.
|
|
|
Deposition of Molecular Magnets on „2D“ Materials
Vavrečková, Šárka ; Musálek, Tomáš (referee) ; Hrubý, Jakub (advisor)
This thesis deals with deposition of single-molecule magnets on 2D materials and studies their behavior on surfaces. Theoretical part contains information about properties of single-molecule magnets, deposition methods and also information about chosen 2D materials – graphene and molybdenum disulfide. Further, the physical principles of the selected characterization methods (atomic force microscopy, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance) are described. In the experimental part graphene and molybdenum disulfide were exfoliated. Afterwards, depositions of single-molecule magnets from solution and by thermal sublimation were made. After that, samples were analyzed using the mentioned methods and results were discussed.
|
|
|
Preparation of elemental 2D materials
David, Jiří ; Čechal, Jan (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
This thesis is focused on searching suitable experimental conditions for epitaxial growth of silicene, multilayer silicene and phosphorene, and their analysis by LEED and LEEM. Composition was analyzed by XPS. In the first part, a summary of literature research on properties and structure of these materials is presented. The second part describes experiments attemping to prepare these materials. Silicene was the only successfully-prepared material. It was imposible to reach suitable experimental conditions for multilayer silicene growth in the available experimetal setup. Deposition of phosphorus led only to formation of phosphorene precursor.
|
|
|
Gas sensors based on 1D and 2D materials
Brodský, Jan ; Glowacki, Eric Daniel (referee) ; Gablech, Imrich (advisor)
In this work, general properties of fundamental gas sensors are described. Thesis is mainly focused on chemoresistive and ChemFET types, which are further used in experimental part. Subsequently, properties, preparation and transfer methods of chosen 1D and 2D materials are described. Experimental part of this work describes design and fabrication of chips, which combine the sensing principals mentioned above for utilization of 1D and 2D materials as an active layer. Transfer methods of individual materials on fabricated chips are described and these materials are characterized by Raman spectroscopy and field effect transistor characteristics measurements. Finally, the response of chosen materials to oxidative and reductive gases is measured.
|
|
|
Fabrication and characterization of atomically thin layers
Tesař, Jan ; Kunc, Jan (referee) ; Procházka, Pavel (advisor)
Tato práce se zabývá oblastí dvourozměrných materiálů, jejich přípravou a analýzou. Pravděpodobně nejznámějším zástupcem dvourozměrných materiálů je grafen. Tento 2D allotrop uhlíku, někdy nazývaný „otec 2D materiálů“, v sobě spojuje neobyčejnou kombinaci elektrických, tepelných a mechanických vlastností. Grafen získal mnoho pozornosti a byl také připraven mnoha metodami. Jedna z těchto metod však stále vyniká nad ostatními kvalitou produkovaného grafenu. Mechanická exfoliace je ve srovnání s jinými technikami velmi jednoduchá, takto připravený grafen je však nejkvalitnější. Práce je také zaměřena na optimalizaci procesu tvorby heterostruktur složených z vrstev grafenu a hBN. Dle prezentovaného postupu bylo připraveno několik van der Waalsových heterostruktur, které byly analyzovány Ramanovskou spektroskopií, mikroskopií atomových sil a nízkoenergiovou elektronovou mikroskopií. Měření pohyblivosti nosičů náboje bylo provedeno v GFET uspořádání. Získané hodnoty pohyblivosti prokázaly vynikající transportní vlastnosti exfoliovaného grafenu v porovnání s grafenem připraveným jinými metodami. V práci popsaný proces přípravy je tedy vhodný pro výrobu kvalitních heterostruktur.
|
|
|
Preparation of elementary 2D materials and heterostructures
David, Jiří ; Redondo,, Jesús Rubén López-Roso (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
This thesis is focused on the preparation of blue phosphorene on Ag(111) and Cu(111) substrates and on the preparation of heterostructure graphene/blue phosphorene on Cu(111) substrate. The structural properties of these materials were analyzed by LEED, LEEM, and STM. Chemical composition was measured by XPS. The first chapter describes the properties of blue phosphorene, the influence of the substrates on its growth, the current experimental state, and the advantages of heterostructures from 2D materials. The second chapter is focused on the optimization of blue phosphorene’s growth conditions. Next, a successful preparation of blue phosphorene on Cu(111) substrate is demonstrated. Additionally, a new growth mechanism of 2D materials is described. In the end, an attempt to prepare a heterostructure of blue phosphorene and graphene was made. The results show a possible feasibility of demonstrated approach.
|
|
|
Microscopic and spectroscopic analysis of elementary 2D materials
Jeřábek, František ; Procházka, Pavel (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
Tato práce se zabývá analýzou struktur tvořených při depozici fosforu na monokrystal mědi Cu(111) za podmínek ultravysokého vakua. Součástí práce je komplexní shrnutí aktuálního pokroku v oblasti syntézy černého a modrého fosforenu. Kromě samotných metod přípravy je diskutována také předpovězená stabilita těchto struktur. V práci jsou prezentovány výsledky analýzy tří struktur pomocí skenovací tunelové mikroskopie a spektroskopie, prokazující možnost přípravy jednovrstvého modrého fosforenu na měděném substrátu. In-situ analýza stability připravených struktur pomocí skenovací tunelovací mikroskopie prokazuje velmi rychlou degradaci modrého fosforenu i za podmínek ultravysokého vakua.
|
|
|
Dynamic Processes in Porous Nanomaterials: Adsorption and Diffusion
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (advisor) ; Heard, Christopher James (referee) ; Čičmanec, Pavel (referee)
Dynamical processes in porous nanomaterials (adsorption, diffusion, separation) play a significant role in many industrial applications. Modeling of these applications theoretically provides atomistic details of adsorption and diffusion phenomena - information that is often difficult to obtain using contemporary experimental methods. Theory may thus provide a deeper insight into these processes, e.g., explaining the mechanisms and assisting in the search for new materials suited for a specific application through material screening. In this work, the dynamical processes in porous materials were investigated by means of force field and ab initio modeling. On a set of relevant simulation data, two particular problems related to the modeling of such processes are thoroughly addressed: (i) the sensitivity of the results to material geometry, and (ii) the accuracy of the potential energy surface description. Regarding the structure description, the reliability of theoretically-predicted structures is still limited, despite the significant increase in computational power and algorithm development. The drawbacks of individual methods are identified; even state-of-the-art density functional theory approaches suffer from inaccuracies, e.g., due to an imbalance between the semi-local (GGA) functional and...
|
|
|
Modeling of bio-inorganic interfaces
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (advisor) ; Nachtigall, Petr (referee)
Dynamic atomistic description of bio-inorganic interfaces represents a challenging problem for contemporary computational chemistry. A detailed analysis of processes occurring on the interface between biomolecule and inorganic material can help our understanding of various processes, ranging from chromatography and protein separation to protein immobilization techniques and their effect on enzyme activity or protein conformational stability. High complexity of bio- inorganic interfaces prevents detailed investigation using accurate, but computationally demanding ab initio methods. Since reliable empirical potentials are not available for these systems, the aim of this work is to develop force fields based on ab initio data as well as a general methodology for parameterization of such force fields. Our potential fitting procedure was carried out in an automated fashion based on molecular dynamics simulation. The resulting potentials were applied for investigation of inorganic material's influence on polypeptide conformations.
|
guest ::
