Studentská vědecká konference

Cílem této práce je studium chemicky modifikovaných materiálů na bázi grafenu. Pro syntézu byly použity dva výchozí oxidy grafitu, které byly připraveny odlišnými metodami. Tyto materiály byly dále dopovány dalšími prvky: bromem a sírou. Modifikace sírou byla provedena pomocí Friedel-Craftsovy reakce, zatímco dopování bromem proběhlo pomocí Hunsdieckerovy reakce. Vybrané modifikované grafeny byly následně dekorovány zlatými nanočásticemi. Elementární složení a struktura připravených vzorků byla analyzována pomocí Ramanovy spektroskopie, skenovací elektronové mikroskopie, elementární analýzy a fotoelektronové spektroskopie. Termické chování těchto materiálů bylo analyzováno pomocí simultánní termické analýzy, zatímco elektrochemické vlastnosti byly studovány pomocí cyklické voltametrie.

Transparentní keramika je materiál s potenciálním využitím v různých aplikacích díky svým zajímavým optickým a mechanickým vlastnostem. Své místo má i v materiálovém výzkumu z důvodu relativně nízkých nákladů na přípravu vzorků. Avšak na přípravu transparentní keramiky jsou kladeny náročné technologické požadavky. Aby materiálem procházelo světlo, musí být jeho zrna velmi dobře slinuta, materiál nesmí obsahovat větší množství pórů a nečistot nebo defektů, které by způsobovaly absorpci, rozptyl nebo odraz světla. Toho lze dosáhnout kombinací vhodné slinovací metody a kvalitního práškového prekurzoru. Cílem této práce je příprava transparentní keramiky cerem dopovaného yttrito-hlinitého granátu (YAG) metodou SPS (Spark Plasma Sintering). Konkrétně je to nalezení vhodné laboratorní metody pro přípravu kvalitního prekurzoru a režimu SPS, pomocí kterého by bylo dosaženo co nejkvalitnějších vzorků transparentní keramiky. Získané poznatky by poté mohly být rozšířeny i na jiné dopace YAGu nebo na další příbuzné dopované materiály s granátovou nebo perovskitovou strukturou. Pomocí této metody by pak mohl být usnadněn výzkum těchto materiálů, které nalézají své uplatnění například jako scintilátory, aktivní prostředí laserů, luminofory a další.

Skla s obsahem holmia a ytterbia jsou perspektivními materiály pro fotoniku. Disponují silnou fotoluminiscencí ve viditelné a především v blízké infračervené oblasti. Luminiscence v okolí 2 µm je zajímavá pro konstrukci laserů, optických zesilovačů, filtrů nebo modulátorů. Cílem této práce je studium možnosti ovlivnění fotoluminiscence holmia stříbrem. V laboratoři bylo utaveno zinečnato-křemičitanové sklo s obsahem holmia a ytterbia, v němž byla následně metodou iontové výměny vytvořena tenká vrstva s obsahem stříbra. Připravené vrstvy byly dále žíhány za účelem nukleace nanočástic stříbra. Koncentrace stříbra a hloubka vrstvy byly zjištěny metodou SEM-EDS. Oxidační stav stříbra byl upřesněn absorpční spektroskopií ve viditelné oblasti. Přítomnost nanočástic stříbra byla potvrzena pomocí TEM. Vliv stříbra na fotoluminiscenci holmia byl studován fotoluminiscenční spektroskopií ve viditelné a blízké infračervené oblasti. Vlnovodné vlastnosti byly změřeny pomocí jednohranolové vidové spektroskopie. V prezentované práci byl prokázán pozitivní vliv iontů stříbra na intenzitu emisního přechodu ⁵I₇ - ⁵I₈ holmitého iontu a diskutován jeho mechanismus.

Vitamíny skupiny B jsou ve vodě rozpustné vitamíny, které katalyzují mnoho biologických reakcí a mají důležitou funkci při správném fungovaní metabolismu. Ligandy typu Schiffových bází (iminy) vznikají reakcí primárního aminu s aldehydem či ketonem, přičemž vzniká dvojná vazba mezi uhlíkem a dusíkem. Struktura Schiffových bází je vhodná k tvorbě komplexů s ionty kovů. V této reakci vystupuje kov jako katalyzátor a urychluje vznik Schiffovy báze.  V této práci jsme se zaměřili na studium vlivu substituce aldehydu na tvorbu Schiffovy báze s ethylendiaminem a následně na její reakci s iontem Ni(+II). Jako zdroj aldehydu byla použita jedna z forem vitamínu B6 – pyridoxal (PL), a jeho aktivovaná forma – pyridoxal-5-fosfát (PLP). Jako jednodušší analog byl vybrán aldehydový derivát vitamínu B3 – pyridinkarbaldehyd, použili jsme všechny tři jeho polohové izomery. Po izolovaní a charakterizaci ligandů jsme templátovou metodou syntetizovali komplexy s kationtem Ni(+II). Poměr reaktantů (kov : ligand) v syntéze byl určen pomocí metody kontinuálních variací, kde jsme sledovali interakce ligandů se síranem nikelnatým v roztoku pomocí UV-Vis spektroskopie.

2D vrstevnaté materiály jsou v poslední době velmi studované materiály, zejména díky unikátním fyzikálním a chemickým vlastnostem, které mohou vést k jejich širokému využití v elektronice, optoelektronice nebo katalýze. Přestože ve své objemové formě nejsou příliš výjimečné, při exfoliaci tyto materiály dramaticky mění své vlastnosti jako je například strukturní typ, velikost zakázaného pásu, velikost měrného povrchu a elektrokatalytická aktivita. Pro tuto práci byly vybrány vrstevnaté chalkogenidy obecného vzorce MX₂, kde M = Ga, In a X = S, Se, Te, a také In₂Se₃, který také vykazoval vrstevnatou strukturu. Vzorky objemového materiálu byly připraveny pomocí reakce v pevné fázi z prvků a následně byly exfoliovány mletím pomocí střižných sil. Kromě základních metod charakterizace jejich morfologie, struktury a chemického složení byly zkoumány jejich optické a elektrochemické vlastnosti s ohledem na jejich možné praktické využití. Z elektrochemických vlastností byl především zkoumán vliv různých plynů na elektrochemickou impedanci elektrod z připravených materiálů. Jako plynové senzory by mohly najít uplatnění především v monitorování životního prostředí, kontrole chemických procesů nebo zemědělských aplikacích.

Díky izotropním vlastnostem, vysoké chemické stabilitě a odolnosti vůči radiaci mají alumináty aplikační potenciál pro optické aplikace. Tyto materiály se komerčně vyrábí jako laserová média, scintilátory nebo svítivé diody (LED). V rámci předkládaného projektu jsem připravil polykrystalický LaMgAl₁₁O₁₉ ve formě prášku čtyřmi různými nehydrolytickými sol-gel metodami. První dvě jsou založené na aktivní polymeraci, ve druhých dvou byly použity polymery rozpustné ve vodě. Těmito metodami jsem úspěšně rozpustil všechny tři hydrolyzující kationty a připravil stabilní roztok. Tento roztok jsem zahustil do tvorby hustého gelu a po jeho vysušení a rozkladu organické složky jsem získal bílý nebo světle hnědý amorfní-nanokrystalický prášek. Z takto připraveného prekurzoru jsem syntetizoval LaMgAl₁₁O₁₉. Krystalizace hexagonální fáze proběhla při 1170 °C. Fázové složení pevných prekurzorů jsem zjišťoval RTG difrakcí při laboratorní teplotě za použití zdroje Co-Kα. Mikrostruktura a morfologie prekurzoru a konečného materiálu byla pozorována pomocí transmisního elektronového mikroskopu. Fázově čistý materiál LaMgAl₁₁O₁₉ se podařilo připravit při teplotě, která je o stovky stupňů nižší ve srovnání s přípravou reakcí v pevné fázi.

Diamant je známý materiál s pozoruhodnými fyzikálními i optickými vlastnostmi. Vezmeme-li v úvahu jeho tvrdost, chemickou odolnost, tepelnou vodivost a biokompatibilitu, nepřekvapuje zájem výzkumníků o tento materiál. Mezi jeho optické vlastnosti patří vysoká hodnota indexu lomu a schopnost vytvářet barevná centra modifikací struktury. Barevná centra vytvořená v diamantu jako stabilní struktuře s širokým zakázaným pásem jsou schopná emitovat světlo ve formě jednotlivých fotonů, a tvoří tak základ kvantového počítače. Ve své práci jsem se snažila o zvýšení intenzity luminiscence barevných center vytvořených dopací erbia do diamantu. Monokrystalické diamanty a nanokrystalické vrstvy diamantu byly implantovány Er³⁺, Yb³⁺ a Al³⁺ s energií 190 keV a dávkou 1x10¹⁵ a 5x10¹⁵ iontů.cm^-2 a následně žíhány ve vakuu. Změny ve struktuře diamantu, dolet erbia a pozice erbia byly sledovány metodou Rutherfordovy spektroskopie (RBS), mikroskopií atomových sil (AFM) a Ramanovou spektroskopií. Z optických vlastností byla zjišťována především luminiscence v blízké infračervené (NIR) oblasti. Z výsledků je patrné zvýšení intenzity luminiscence pásu okolo 1,5 µm při ko-implantaci erbitých a ytterbitých  iontů.

Vrstevnaté materiály a zejména dichalkogenidy přechodných kovů jsou v čele současného výzkumu elektrokatalytických materiálů. Navzdory skutečnosti, že elektrokatalytické vlastnosti disulfidů a diselenidů molybdenu a wolframu jsou dobře známé, jejich analogické ditelluridy jsou výrazně méně prozkoumány. V této práci uvádíme účinnou metodu chemické exfoliace MoTe₂ a WTe₂ na bázi interkalace alkalického kovu a následné reakce s vodou. Exfoliované telluridy byly podrobně charakterizovány a zkoumány pro potenciální aplikaci při elektrokatalytickém vývoji vodíku. Struktura připravených materiálů byla zkoumána pomocí skenovací elektronové mikroskopie, fotoelektronové spektroskopie a rentgenové difrakční analýzy. Dále bylo provedeno elektrochemické ošetření oxidací nebo redukcí, vedoucí ke zlepšení elektrokatalytických vlastností. MoTe₂ a WTe₂ vykazují významně kontrastní vlastnosti vůči vývoji vodíku, kde MoTe₂ vykazuje vysokou aktivitu HER s malou závislostí na elektrochemickém ošetření, zatímco WTe₂ vykazuje silnou závislost na elektrochemickém ošetření. Zvláště exfoliovaný MoTe₂ vykazuje zlepšenou elektrokatalytickou aktivitu pro reakci vedoucí k vývoji vodíku a má obrovský aplikační potenciál.