|
Chemistry (FCE)
Doktorský program,
Fakulta chemicko-inženýrská
The aim of the doctoral study programme Chemistry is to educate highly qualified specialists with theoretical knowledge and practical skills in analytical and physical chemistry. Graduates of this programme will be prepared for independent research career at academic institutions, universities or in practice in the field of drug analytical chemistry, forensic analytical chemistry, quality assurance and quality control in analytical chemistry, analytical data management, technical physical chemistry, thermodynamics, quantum chemistry, chemical physics, membrane engineering, etc. UplatněníA graduate of the programme will have theoretically and practically mastered experimental techniques and instrumentations of analytical and physical chemistry corresponding to his/her specialization and qualified knowledge of principles and possibilities of its use. Furthermore, the mastered methodology of interdisciplinary scientific work, modern laboratory and computational techniques, advanced methods of applied mathematics and statistics together with language- and soft-skills will ensure to the graduate the appropriate personnel growth, increased society prestige and better position on the labour market. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2026/27Biodegradable polymer systems based on thermoplasticized starch
AnotaceBiodegradovatelné polymerní systémy mají řadu technických i biomedicinálních aplikací. Náš tým má rozsáhlé zkušenosti s reprodukovatelnou přípravou termoplastifikovaného škrobu (TPS). TPS je levný, biokompatibilní a zcela biodegradovatelný polymer. Tento projekt se zaměřuje na přípravu multikomponentních systémů TPS/PCL/MD/SiO2/Ag, kde PCL = polykaprolakton (další biopolymer, přidávaný pro zlepšení mechanických vlastností), MD = maltodextrin (bio-oligomer, lubrikant snižující zpracovatelskou teplotu), SiO2 = nanočástice (anorganické plnivo pro vyšší tuhost a lepší bariérové vlastnosti) a Ag = stříbrné nanočástice (antibakteriální účinek). TPS/PCL/MD/SiO2/Ag systémy by mohly sloužit jako levné, široce použitelné bio-materiály s laditelnými vlastnostmi (např. antibakteriální obaly, mulčovací technika). Navržený projekt zahrnuje přípravu zmíněných systémů (mísení v tavenině), optimalizaci jejich složení a fázové struktury (modifikací podmínek přípravy), charakterizaci výsledné struktury (elektronová mikroskopie, vibrační spektroskopie, difrakce) a mechanických vlastností (mikro- a makromechanické vlastnosti). Předpokládá se i podíl na testování biodegradovatelnosti (běžící spolupráce s Univerzitou v Záhřebu, Chorvatsko). Biodegradable polyurethane materials with extended lifespan: from synthesis to environmental applications
AnotacePlně alifatické biodegradabilní polyuretany (PUR), nacházejí uplatnění především v environmentálních technologiích jako jsou biofiltry, sorpční materiály, nosiče mikrobiální biomasy v bioreaktorech apod. Avšak u těchto materiálů je požadována určitá stabilita, protože častá výměna/krátká životnost nestálého materiálu není výhodná ekologicky ani ekonomicky. Znalostní mechanismu samovolné degradace v biodegradabilních polyester-etherových PUR materiálech může být předcházeno přidáním účinných přírodních aditiv už během samotné přípravy. Proto tento projekt bude zaměřen nejprve přípravu nových biodegradabilních PUR materiálů s prodlouženou životností. Druhá část výzkumu se bude zabývat porovnáváním vlastností (fyzikálně-mechanické, termální, makroskopické atd.) PUR materiálů s nižší a prodlouženou životností. Třetím bodem této práce bude analýza a monitoring urychleného stárnutí u nově systemizovaných PUR materiálů v abiotických podmínkách (hydrolýza, UV stárnutí atd.). Poslední část se bude sledovat porovnání rychlosti biodegradace u PUR materiálů se sníženou a prodlouženou životností. Combined Thermodynamic and Structural Study of Polymer Systems Utilizing In-Situ VT-XRD.
AnotaceŘada polymerů vykazuje složité a na teplotě velmi citlivé strukturní chování, které výrazně ovlivňuje jejich makroskopické vlastnosti. Tato práce se zaměřuje na kombinovanou termodynamickou a strukturní charakterizaci polymerních systémů, přičemž hlavní analytickou metodou je in-situ rentgenová difrakce při proměnné teplotě (VT-XRD). VT-XRD umožňuje přímé sledování teplotně závislých strukturních změn, jako jsou fázové přechody, procesy krystalizace a tání, segmentové uspořádání či jiné tepelně indukované reorganizace v amorfních i částečně krystalických materiálech. K doplnění tepelných, mechanických či morfologických informací a k podpoře interpretace výsledků VT-XRD mohou být využity další experimentální techniky, jako například diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC), dynamicko-mechanická termická analýza (DMTA), elektronová mikroskopie (EM) nebo mikroindentace (MHI). V případě zájmu mohou být zahrnuty i teoretické modelovací přístupy, které podpoří porozumění teplotně závislému chování polymerů a umožní prediktivní náhled na vývoj struktury. CO2-fixation reaction - a way towards sustainable polymers
AnotaceZvyšující se produkce skleníkového plynu oxidu uhličitého (CO2) lidskou činností dosáhla v roce 2021 více než 36 Gt a CO2 je tak obecně považován za největší příčinu globální změny klimatu. Současný výzkum se snaží tento problém řešit fixací CO2 a jeho využitím jako suroviny pro syntézu polymerů. Cílem této práce je prozkoumat možnosti přeměny CO2 na polymerní materiály. První možností je reakce CO2 a oxiranového (epoxidového) kruhu, která vede k produkci cyklických karbonátů, které slouží jako monomery pro nové typy polymerních materiálu jako jsou neisokyanátové polyuretany (NIPUs) a epoxidy. Druhým přístupem je přímá přeměna CO2 na polykarbonáty (PC). Třetí způsob zahrnuje kopolymeraci za otevření kruhu epoxidu a CO2 vedoucí k lineárním kopolymerům karbonátu a etheru. Všechny výše uvedené strategie budou přednostně využívat bio-monomery tak, aby výsledné polymerní materiály byly koncipovány jako 100% obnovitelné. Důležitou součástí tohoto doktorského tématu bude nalezení vhodného katalytického systému pro každou syntetickou cestu. Naše předběžné experimenty ukázaly katalytickou účinnost imidazoliových a kovových iontových kapalin (ILs) pro cykloadiční reakci CO2 a epoxidu. Vzhledem k nesčetnému množství kombinacím aniontů a kationtů ILs a jejich výhodným vlastnostem (nízký tlak par, nízká hořlavost, vysoká tepelná a chemická stabilita) se ILs jeví jako univerzální katalyzátory pro cykloadici epoxidu a CO2. umožňující řídit reakci směrem k lineární / cyklické tvorbě karbonátů a etherů. V rámci doktorského projektu se předpokládá několikaměsíční stáž studenta na zahraničním spolupracujícím pracovišti (INSA Lyon, Francie). Uchazeči by měli mít dobré komunikační dovednosti v angličtině (mluvené i psané), měli by být schopni pracovat v týmu i samostatně. Předpokládá se aktivní účast na zahraničních stážích, školeních a vědeckých konferencích. Nanoparticles for photoacoustic imagining studied by the photoacoustic and SERS effect
AnotaceDoktorský projekt je zaměřen na studium jednorázově modifikovaných („one-pot“) zlatých nanočástic určených pro pokročilé biomedicínské zobrazování. Cílem je charakterizovat jejich plasmonické a povrchové vlastnosti a posoudit jejich využitelnost pro fotoakustické zobrazování v NIR oblasti a pro komplementární SERS zobrazování poskytující molekulárně specifické informace. Projekt zahrnuje multimodální analýzu připravených Au nanočástic (fotoakustika, IR, Raman, SERS, UV–Vis, TEM, DLS) a studium vztahů mezi povrchovou úpravou, optickou odezvou a jejich potenciální aplikovatelností v biomedicínské diagnostice. Rozvoj spektroskopie Ramanova rozptylu a Ramanovy optické aktivity za vysokých tlaků
AnotaceMěření vibračních spekter např. biologicky relevantních molekul za zvýšeného tlaku odkrývá jejich strukturu a vzájemné interakce. Náplní práce bude měření Ramanových spekter modelových systémů v diamantové tlakové cele, molekulově-dynamické simulace zohledňující vysoký tlak, a interpretace spekter na základě simulací. Pokusíme se také techniku dále zdokonalit pro měření rozdílného rozptylu levo a pravotočivě polarizovaného světla (Ramanovy optické aktivity), což poskytne nové informace o studovaných systémech. Syntéza nanokompozitů na bázi biopolymerů pro odstranění farmakologických kontaminantů: od syntézy polymerů k environmentálním aplikacím
AnotaceUvolňující a akumulující se kontaminanty, především rezidua z farmaceutických produktů, představují v dnešním světě zdravotní rizika pro člověka a mají negativní a signifikantní vliv na životní prostředí (ŽP). Tento výzkum se zaměřuje na vývoj nových nanokompozitů odvozených z monomerů na bázi biomasy a biopolymerů k odstranění kontaminantů z ŽP. Vztah mezi strukturou a vlastnostmi materiálů pro sorpci kontaminantů není dodnes plně pochopen, což omezuje jejich účinnost. Náplní této práce bude nejprve syntéza a kompletní strukturní charakterizace připravených nanokompozitů včetně pórovitosti, stability, mechanických a tepelných vlastností pro vysvětlení účinnosti z hlediska makromolekulární struktury a výskytu aktivních míst. Druhým bodem výzkumu bude hodnocení nanokompozitů z hlediska jejich účinnosti při sorpci. Bude studována kinetika sorpce, aby se identifikoval mechanismus a rychlost sorpčního procesu. Třetí část výzkumu se bude týkat biodegradace nanokompozitů po sorpci v bioreaktorech s účinnou mikrobiální kulturou (aktivovaný kal apod.). Bude monitorována, účinnost biodegradace polutantů v nanokompozitech a následná biodegradace samotných nanokompozitů. Během biodegradace bude sledován degradační mechanismus a vznik případných degradačních produktů, které budou studovány vybranými analytickými technikami. Tento projekt nabízí alternativu ke konvenčním metodám, jehož cílem je minimalizovat dopady na ŽP a zefektivnit environmetální technologie. Synthesis of functionalized polymers and polymer membranes for electrochemical devices
AnotaceIontovýměnné polymerní membrány mají široké uplatnění v laboratorním i průmyslovém měřítku. K nejvýznamnějším aplikacím patří zejména elektrochemické odsolování mořských a brakických vod, čištění odpadních vod, dělení směsí při výrobě promyslových chemikálií a léčiv, oddělení elektrolytů od neelektrolytů v elektrochemických zařízeních jako jsou elektrolyzéry, palivové články a akumulátory. V poslední době nabývá na významu jejich použití ve vodíkovém hospodářství a při skladování přebytků elektřiny získané z obnovitelných zdrojů. Využívání tzv. zeleného vodíku produkovaného v elektrolyzérech je jednou z cest při přechodu na bezuhlíkovou energetiku. Téma zahrnuje syntézu polymerů a polymerních membrán nesoucích funkční skupiny pro daný účel. Např. sulfo a fosfonoskupiny pro katexy nebo kvartérní amoniové skupiny pro anexy. Dále jsou to polymery využitelné pro konstrukci elektrod, jako nosiče katalyzátorů nebo pro další aplikace. Běžně jsou používány metody preparativní organické chemie a polymerační reakce. Naše oddělení je dostatečně flexibilní na to, aby případný uchazeč měl dostatečný prostor pro uplatnění své invence. Synthesis of polymer materials and polymer membranes for separation processes
AnotacePolymerní membrány jsou široce používány v separačních procesech díky své univerzálnosti, účinnosti a nákladové efektivitě. Tyto membrány jsou navrženy tak, aby selektivně propouštěly určité molekuly nebo ionty a zároveň blokovaly jiné, což je ideální pro aplikace, jako je filtrace vody, separace plynů a dialýza. Polymerní membrány lze přizpůsobit konkrétním separačním úkolům úpravou faktorů, jako je velikost pórů, chemické složení a povrchové vlastnosti. Jejich použití sahá od čištění pitné vody pomocí reverzní osmózy až po separaci plynů v průmyslových procesech. Díky neustálému pokroku hrají polymerní membrány i nadále zásadní roli při zlepšování udržitelnosti a výkonnosti různých separačních technologií. Téma zahrnuje syntézu nových a funcionalizaci komerčních polymerních materiálů použitelných pro dělení směsí chemických látek včetně plynů nebo enantiomerních směsí. Metodicky se bude jednat o polymerační reakce, modifikace polymerů zaváděním funkčních skupin a reakce používané v preparativní organické syntéze. Naše oddělení je dostatečně flexibilní na to, aby případný uchazeč měl dostatečný prostor pro uplatnění své invence. Teorie a interpretace spekter molekulární optické aktivity
AnotaceSpektroskopie využívající optickou aktivitu molekul je nezastupitelná v analytické chemii chirálních sloučenin. Interpretace spekter je často založena na jejich simulaci metodami výpočetní chemie. Pro mnoho případů je ale třeba použít speciální teorii a postupy nedostupné v běžných programech. Zaměříme se na rezonanční jevy v molekulách a vyvineme postupy vhodné pro interpretaci vibračního cirkulárního dichroismu a resonanční Ramanovy optické aktivity. Tyto protokoly ověříme pomocí experimentálních dat. |
Aktualizováno: 16.2.2026 17:31, Autor: Jakub Staś