|
Chemie (FCHI)
Doktorský program,
Fakulta chemicko-inženýrská
Cílem doktorského studijního programu Chemie je vzdělávat vysoce kvalifikované odborníky s teoretickými znalostmi a praktickými dovednostmi z oblasti analytické a fyzikální chemie. Absolventi tohoto programu budou připraveni na samostatnou vědeckou práci ve výzkumných institucích, na univerzitách nebo v praxi v oblasti analytické chemie léčiv, forenzní analytické chemie, analytické chemie a jakostního inženýrství, technické fyzikální chemie, termodynamiky, kvantové chemie, chemické fyziky, membránového inženýrství atd. UplatněníAbsolvent studijního programu Chemie získá hluboké interdisciplinární teoretické i praktické znalosti v oboru analytické a fyzikální chemie, bude zvládat a vyvíjet experimentální techniky a kvalifikovaně ovládat přístroje odpovídající jeho specializaci díky nabytým teoretickým a praktickým znalostem principů a možností jejich použití. Osvojená metodologie vědecké práce, moderní laboratorní a výpočetní techniky, pokročilé metody aplikované matematiky a statistiky spolu s jazykovými a softskills dovednostmi zajistí absolventovi odpovídající personální růst, zvýšenou prestiž ve společnosti a lepší postavení na trhu práce. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2026/27Analýza a studium technologie výroby zeleného vodíku pro průmysl a mobilitu v ČR a Lucembursku
AnotaceDisertační práce bude vypracována v rámci projektu LuxHyVal. LuxHyVal je pětiletý projekt (2023–2028) financovaný programem Evropské komise Horizont Evropa a lucemburskou vládou. LuxHyVal si klade za cíl přispět k dosažení evropského cíle dekarbonizace průmyslového sektoru do roku 2030 spuštěním vlajkového vodíkového údolí v Lucembursku na podporu vodíkových technologí prostřednictvím: i) implementace iniciativ v oblasti zeleného vodíku v celém hodnotovém řetězci od místní výroby až po použití, včetně skladování a distribuce pro řadu aplikací, ii) zajištění bezpečnostních návrhů a provozu certifikovaných dodávek zeleného vodíku, iii) zaměření na průmyslové a mobilní aplikace a propojení se stávající/plánovanou infrastrukturou, iv) definování obchodních modelů pro výrobu/skladování/distribuci zeleného vodíku, regulaci a obchodní jednání, v) replikace ve dvou navazujících údolích ve střední (Česká republika) a východní (Ukrajina) Evropě. Výsledek této práce přispěje k efektivnímu využití vodíku v České republice. Analýza krevních derivátů pro diagnostiku závažných onemocnění trávicí soustavy
AnotaceMezi závažná onemocnění trávicí soustavy patří například karcinomy jater, jícnu, žaludku, slinivky, střev a konečníku. Časná diagnostika mnohých z nich je však v současné době velmi omezená a konvenční klinické přístupy nedosahují požadované spolehlivosti. Tato práce se zaměřuje na hledání nových cest využívajících pokročilé spektroskopické metody (především vibrační a chiroptické spektroskopie) při analýze krevních derivátů (typicky krevní plazmy z tekuté biopsie) pacientů a kontrolních jedinců pro identifikaci nových diagnostických markerů těchto onemocnění. Spektroskopické, případně omické, přístupy jsou navíc velmi šetrné pro pacienta. Práce bude realizována ve spolupráci se špičkovými klinickými pracovišti pražských fakultních nemocnic. Analýza tkání metodami vibrační spektroskopie pro diagnostiku závažných onemocnění
AnotaceChirální spektroskopie a dynamika v rentgenové oblasti
AnotaceFenomén chirality je klíčový pro pochopení základních procesů v živých systémech, mechanismů účinku léčiv i řady moderních technologií. V posledních desetiletích se vyvinula široká škála chirálně citlivých spektroskopických metod, avšak teprve nedávný rozvoj zdrojů a detekčních technologií umožňuje jejich systematické uplatnění také v rentgenové oblasti, a to zejména pro měření v roztoku a pro studium dynamických procesů. Cílem této dizertační práce bude teoretické i experimentální zkoumání mezí použitelnosti chirální rentgenové spektroskopie: její citlivosti, selektivity, časového rozlišení a interpretovatelnosti signálu u realistických systémů. Součástí projektu bude také širší studium chirality v dynamickém prostředí – například otázky, jak může chirální molekula „vtisknout“ chirální uspořádání či preferovanou orientaci do svého kapalného okolí, jak dlouho se taková informace zachovává a jak se projeví ve spektroskopických odezvách. K řešení budou využity metody kvantové chemie a časově závislé elektronové struktury, molekulové simulace (např. klasická i ab initio molekulová dynamika) a jejich propojení se simulacemi spektrálních signálů. Experimentální část bude zahrnovat vhodné chirálně citlivé rentgenové spektroskopické přístupy a srovnání s teoretickými predikcemi s cílem vybudovat spolehlivý interpretační rámec pro měření v roztoku a pro ultrarychlé procesy. Modelování vysoce koncentrovaných elektrolytů
AnotaceElektrolyty s mimořádně vysokými koncentracemi (např. koncepty typu water-in-salt) jsou nedílnou součástí nových systémů pro uchování a konverzi energie, protože mohou zásadně ovlivnit stabilitu rozhraní, transport i elektrochemické okno. Přesto je naše porozumění těmto kapalinám na molekulární úrovni stále nedostatečné: v extrémně koncentrovaném režimu dominují silné korelace iont–iont a iont–rozpouštědlo, komplexní solvatace a lokální heterogenita, což ztěžuje interpretaci experimentů i racionální návrh složení. Navrhovaná dizertační práce si klade za cíl tuto mezeru vyplnit pomocí pokročilých výpočetních technik se zaměřením na modelování struktury, dynamiky a elektronových vlastností extrémně koncentrovaných elektrolytů. Klíčovým problémem je, že většina běžných klasických force fieldů byla parametrizována pro zředěné roztoky a v ultra-koncentrovaném režimu může selhávat v popisu termodynamiky i transportu. Projekt proto bude zahrnovat vývoj a re-parametrizaci specializovaných force fieldů (včetně možností polarizovatelných či many-body popisů) a jejich systematickou validaci vůči ab initio referencím a experimentálním datům. Významnou roli budou hrát kvantové nukleární efekty, a proto budou modely navrhovány tak, aby byly konzistentní se simulacemi PIMD, které tyto efekty zahrnují. Tam, kde to bude přínosné, bude zvažováno i zapojení strojového učení (např. ML potenciálů či ML korekcí) pro zvýšení přesnosti při zachování výpočetní efektivity. Výzkum propojí klasické i kvantové simulační metody s principy statistické mechaniky a moderní kvantové chemie a bude přirozeně směřovat k úzké spolupráci s experimentálními týmy, která pomůže ukotvit a ověřit teoretické závěry. Očekávaným výsledkem jsou prediktivní modely a návrhová pravidla pro elektrolyty nové generace relevantní pro energetické aplikace. Návrh, syntéza a studium vlastností niklových komplexů s využitím v katalýze cross-couplingových reakcí
AnotaceDisertační práce bude zaměřena na vývoj nových niklových komplexů využitelných pro fotochemickou a reduktivní katalýzu cross-couplingových reakcí. Hlavními cíli projektu jsou syntéza přizpůsobených diiminových a difosfinových ligandů a důkladné studium jejich vlivu na fotofyzikální, fotochemické a redoxní charakteristiky niklových komplexů. Práce se snaží detailně vysvětlit, jak návrh katalyzátoru a volba reakčních podmínek ovlivňují mechanismy katalytických cross-couplingových reakcí, s cílem zlepšit výtěžky a reakční selektivitu. Důraz je kladen na adaptabilitu a udržitelnost pro širší uplatnění v různých odvětvích chemického průmyslu. NMR-omika pro analýzu aerosolových částic a určování zdrojů znečištění
AnotaceHlavním cílem práce je identifikace zdrojů znečištění ovzduší na základě analýzy organických látek v reálném atmosférickém aerosolu pomocí NMR spektroskopie. Dílčími cíly jsou osvojení si protokolů pro přípravu vzorků a vlastního měření pomocí NMR spektroskopie, vyhodnocování spekter pomocí interní databáze standardů a následné analýzy získaných dat pomocí pokročilých statistických metod. Nové 2D/3D pokročillé separační membrány pro cílené separace plynů a kapalin
AnotaceMembránové separační procesy patří k moderním, technologicky významným separačním metodám, které jsou méně náročné (ekonomicky i ekologicky) než klasické separační metody. Polymerní membrány se často používají pro aplikace separace plynů a kapalin. Jejich výkon (propustnost nebo separační efekt) lze dodatečně upravit cíleným zabudováním kapalných nebo pevných přísad do polymerní matrice. Disertační práce se zaměří na (i) přípravu 2D/3D membrán metodou elektrozvlákňování nebo odlévání pod magnetickým polem, (ii) charakterizaci materiálů a (iii) testování kompozitních membrán pro separaci plynů na bázi polymerů. a funkční nanoaditiva (oxid grafenu, uhlíkové nanotrubice, MXeny, 2D MOF) s cíleně připravenou strukturou. Kromě toho bude součástí práce modelování separačního procesu (iv). Výsledkem této práce bude příprava a testování membránového materiálu pro efektivní separace plynů. Perstrakční dělení látek: aplikačně motivované pochopení klíčových mechanismů
AnotacePředmětem doktorské práce je experimentální studium perstrakčního dělení obtížně dělitelných směsí látek, u kterých je předpoklad budoucí průmyslové aplikovatelnosti. Perstrakce je téměř zapomenutou metodou, která však umožňuje separaci těkavých i netěkavých látek na základě rozdílnosti rozpustnosti nebo difuzivity látek v membránách. Cílem práce je identifikace perspektivních systémů a membrán, provedení perstrakčních měření a jejich modelování, nalezení klíčových trendů (složení membrány, dělená směs) a identifikace separovanou látkou vyvolaných relaxačních přechodů metodou širokopásmové dielektrické spektroskopie (Broadband Dielectric Spectroscopy). Pokročilé strategie pro odolné a vysokokapacitní křemíkové anody v lithium-iontových bateriích
AnotaceOčekává se, že anody na bázi křemíku budou hrát ústřední roli ve vývoji lithium-iontových baterií nové generace díky své mimořádně vysoké teoretické kapacitě (~4200 mAh g⁻¹), která výrazně převyšuje kapacitu konvenčního grafitu. Navzdory tomuto potenciálu bude praktické použití křemíku i nadále omezeno problémy, jako je velké zvětšení objemu během lithiace a delithiace, nestabilní tvorba mezifáze pevného elektrolytu (SEI) a rychlý pokles kapacity. Tato práce se zaměří na návrh a optimalizaci vysoce výkonných anod na bázi Si, aby tyto problémy vyřešila. Výzkum bude zkoumat strategie včetně nanostrukturování, tvorby kompozitů s vodivými matricemi, úpravy pojiv a modifikací povrchu/rozhraní, aby se přizpůsobily objemovým změnám při zachování strukturální a elektrické integrity. Zvláštní pozornost bude věnována vlivu složení elektrolytu a interakcí elektroda–elektrolyt na stabilizaci SEI a snížení parazitních reakcí. Prostřednictvím systematického elektrochemického testování, pokročilých charakterizačních technik a in situ analýz bude tato práce zkoumat, jak architektura elektrod a inženýrství elektrolytů mohou synergicky zlepšit reverzibilní kapacitu, životnost cyklu a výkonnost. Očekává se, že výsledky poskytnou rámec pro návrh odolných křemíkových anod s vysokou energetickou hustotou a nabídnou vodítko k realizaci komerčně životaschopných lithium-iontových baterií. Propojení kvantové chemie a atmosférického modelování prostřednictvím strojového učení
AnotaceFotochemické procesy iniciované slunečním zářením hrají zásadní roli v atmosférické chemii, avšak jejich kvantitativní popis je limitován vysokými výpočetními náklady přesných kvantově-chemických metod a komplexitou atmosférických modelů. Tato dizertační práce si klade za cíl propojit kvantovou chemii s atmosférickým modelováním prostřednictvím pokročilých technik strojového učení. Integrací ab initio výpočtů elektronové struktury s datově orientovanými modely usiluje o efektivní predikci spektroskopických a fotochemických vlastností, jako jsou UV/Vis absorpční spektra a rychlostní konstanty fotolytických reakcí, nezbytných pro atmosférické modelování. Důraz bude kladen na vývoj přenositelných a fyzikálně informovaných metod strojového učení, které propojí výpočty excitovaných stavů na molekulární úrovni s veličinami relevantními pro atmosférické procesy. Využitím moderních metod strojového učení se projekt snaží překonat omezení tradičních kvantově-chemických výpočtů, které jsou často neúnosně nákladné pro rozsáhlejší aplikace. Tato práce je svou povahou interdisciplinární, nacházejíc se na rozhraní kvantové chemie, spektroskopie a strojového učení. Projekt přinese jak nové metodologické přístupy, tak praktické nástroje pro spektroskopické a atmosférické aplikace, které mohou být následně integrovány do atmosférických modelů za účelem zvýšení jejich úplnosti a spolehlivosti. Racionální návrh laditelných nosičů na bázi poly(2-oxazolinů) pro systémy dodávání léčiv
AnotaceRacionální návrh polymerních nosičů představuje jednu z klíčových výzev v oblasti systémů dodávání léčiv. Poly(2-oxazoliny) patří mezi vysoce flexibilní třídu polymerů, jejichž chemické složení a architekturu lze systematicky ladit s ohledem na požadavky konkrétních molekul léčiv. Navzdory jejich rostoucímu významu je návrh nosičů na bázi poly(2-oxazolinů) dosud často založen na empirických postupech, což odráží neúplné porozumění vztahům mezi strukturou polymeru, jeho fyzikálně-chemickými vlastnostmi a interakcemi s léčivy. Disertační práce se zaměřuje na racionální návrh laditelných nosičů na bázi poly(2-oxazolinů) pro aplikace v oblasti drug delivery s využitím kombinace výpočetního modelování a cílených experimentů. Pomocí molekulových simulací a termodynamické analýzy jsou studovány strukturně-vlastnostní vztahy poly(2-oxazolinů) a identifikovány klíčové faktory určující jejich interakce s vybranými léčivy. Získané poznatky jsou následně ověřovány a zpřesňovány prostřednictvím experimentálních studií relevantních pro enkapsulaci léčiv, stabilitu systémů a funkční vlastnosti polymerních nosičů. Cílem práce je formulace prediktivních principů umožňujících návrh polymerních nosičů přizpůsobených konkrétním léčivům a přispění k systematickému přístupu k vývoji polymerních systémů dodávání léčiv, který omezuje závislost na metodě pokus–omyl. Studium elektrochemických a spektroskopických vlastností biologicky aktivních látek a analýza produktů jejich redoxních přeměn.
AnotacePráce bude zaměřena na elektrochemické studium vybraných polyfenolických sloučenin, které patří mezi potenciální léčiva. Výzkum se týká určení reakčních mechanismů a produktů redoxní přeměny těchto bioaktivních látek za využití elektroanalytických a spektroskopických metod, in situ spektroelektrochemie v infračervené a UV-Vis oblasti a analytických separačních metod. Studium in vitro redoxních produktů a reakčních mechanismů těchto látek bude přínosem pro objasnění jejich biotransformací, ve kterých dochází k přenosu protonů a elektronů. Studium polymorfismu a změn molekulárních krystalů indukovaných příměsemi
AnotacePolymorfismus molekulárních krystalů představuje významný fenomén, který může zásadně ovlivňovat fyzikální, fyzikálně-chemické vlastnosti látek a tím i jejich analytickou charakterizaci. Tyto rozdíly se mohou projevovat ve stabilitě, rozpustnosti, reaktivitě na povrchu krystalu i ve spektrálních vlastnostech. Různé polymorfní formy téže sloučeniny se liší uspořádáním molekul v krystalové mřížce, přičemž jejich vznik a stabilita jsou určovány především slabými mezimolekulovými interakcemi. Proces krystalizace je velmi citlivý na vnější podmínky a může být významně ovlivněn i stopovým množstvím příměsí nebo pomocných látek. Cílem této dizertační práce je jak studium samotných polymorfních struktur tak i vlivu příměsí na polymorfní strukturu molekulárních krystalů pomocí kombinace molekulového modelování, kvantově-chemických výpočtů a analytických spektroskopických metod. Zvláštní pozornost bude věnována modelování a interpretaci vibračních spekter v terahertzové (THz) frekvenční oblasti, kde se projevují kolektivní mezimolekulové vibrace citlivé na změny krystalové struktury. Tyto výpočty budou doplněny experimentálními měřeními v THz oblasti a Ramanovou spektroskopií, které umožní ověření teoretických modelů a detailní charakterizaci jednotlivých polymorfních forem. Práce si klade za cíl přispět k hlubšímu porozumění mechanismům vzniku a stability polymorfních struktur a k objasnění role příměsí v procesech krystalizace, s potenciálním využitím v oblasti materiálového výzkumu, farmaceutické chemie a molekulární spektroskopie. Studium struktury a identifikace farmaceuticky významných a psychoaktivních látek metodami vibrační a chiroptické spektroskopie
AnotacePráce je zaměřena na vývoj metod strukturní analýzy farmaceuticky významných a psychoaktivních molekul a nových nástrojů pro odhalování drog a padělků léčiv s využitím metod vibrační (infračervené a Ramanovy) a chiroptické (cirkulární dichroismus, Ramanova optická aktivita) spektroskopie. Student bude analyzovat nejen čisté látky (mnohdy chirální povahy), ale též reálné vzorky ze záchytů, především z oblasti anabolických steroidů, disociativních anestetik a syntetických drog. Budou též sledovány specifické projevy přítomnosti chirálních nečistot a matric. Analýza struktury a interpretace spekter bude podpořena metodami molekulárního modelování. Práce bude realizována ve spolupráci s Kriminalistickým ústavem Policie České republiky a za podpory grantových projektů Ministerstva vnitra ČR. Teoretická analýza zakázaných přechodů pro studium chemicko-fyzikálních vlastností vzdálených prostředí
AnotacePřechody mezi energetickými hladinami v atomu či molekule probíhají podle určitých pravidel. Při první aproximaci je možné použít výběrových pravidel, např. že spin výchozí i konečné energetické hladiny musím být stejný. Pokud jsou výběrová pravidla porušena, přechod můžeme nazvat zakázaným. Vesmír jako chemická laboratoř poskytuje nepřeberné množství chemických reakcí a fyzikálních prostředí, které v pozemských podmínkách není snadné připravit. Například díky velmi vysokému vakuu, tedy malé pravděpodobnosti srážek mezi molekulami, dvakrát ionizovaný kyslík září v zelené barvě. Tento přechod byl dříve považován za identifikaci nového prvku zvaného Nebulium. Na základě pozorovatelných „zakázaných“přechodů lze usuzovat na chemicko-fyzikální vlastnosti prostředí, kde daný přechod vzniká – tedy ve vzdáleném vesmíru, ale i v zemské atmosféře nebo atmosférách jiných planet. Cílem práce je pomocí ab inito kvantově chemických metod studovat vliv fotochemických reakcí, elektrického a magnetického pole na profil a intenzitu málo pravděpodobných přechodů v malých molekulách. Na základě změn dále usuzovat na chemicko-fyzikální vlastnosti vzdáleného prostředí (remote sensoring). Teoretický návrh niklových komplexů pro katalýzu cross-couplingových reakcí a studium jejich elektronové struktury
AnotaceDisertační práce se zaměřuje na teoretické studium niklových komplexů využitelných v katalýze cross-couplingových reakcí. Cílem projektu je prostřednictvím pokročilých kvantově-chemických výpočtů analyzovat mechanismy fotochemické aktivace těchto komplexů. Práce se soustředí na klíčové aspekty, jako je charakterizace relaxačních drah excitovaných stavů, výpočet disociačních energií vazeb mezi niklovým centrem a ligandy a zkoumání vlivu ligandového pole na reaktivitu a stabilitu reakčních meziproduktů. Pozornost bude věnována srovnání různých výpočetních metod za účelem přesného popisu elektronové struktury niklových komplexů. Výsledky přispějí k hlubšímu porozumění mechanismům Niklem katalyzovaných cross-couplingových reakcí a optimalizaci návrhu účinnějších a selektivnějších katalyzátorů. Termodynamická studie biopaliv s nízkými dopady na životní prostředí
AnotaceZávislost na fosilních zdrojích je bezesporu nutno snižovat. Za jednou z cest k takovému snížení je vydávána elektromobilita, která ovšem v blízké budoucnosti není schopna nahradit spalovací motory například v nákladní dopravě, nemluvě o zemích s řídkým osídlením a dlouhými přepravními vzdálenostmi. Téma práce je zaměřené na biopaliva a syntetická paliva pro vznětové motory. Půjde jednak o náhradu v současnosti často používaných methylesterů vyšších mastných kyselin (které nejsou příliš stabilní a mohou představovat pro motor zvýšenou zátěž) za stabilnější etyl- a butylestery. Zejména však půjde o studium vlastností nových paliv obsahujících kyslík, což vede k výraznému snížení tvorby sazí a emisí NOx. Tato paliva (polyethery) lze již nyní připravit z bioplynu, bioetanolu a biobutanolu, ale v budoucnosti také ze syntézního plynu získaného ze zachyceného vzdušného CO2 a vodíku z elektrolýzy vody (viz eFuels pilot plant v Čile otevřený firmou Porsche v roce 2022). Nedostatek termodynamických dat je jednou z překážek pro širší použití těchto paliv Výpočetní chemie pro EUV litografii: neadiabatická dynamika, elektronem indukovaná chemie a molekulární design
AnotaceEUV litografie se velmi rychle vyvíjí a její další vývoj je podmíněn porozumění materiálů na molekulární úrovni. Řada klíčových mechanistických aspektů však zůstává nejasná – zejména to, jak absorpce vysoce energetického záření vede ke kaskádám sekundárních elektronů, excitovaným stavům a ionizaci a jak se tyto děje promítají do následných chemických reakcí. Cílem této dizertace je vyvinout a aplikovat výpočetní metody, které tyto procesy objasní a umožní je cíleně řídit. Projekt se zaměří na neadiabatickou dynamiku a elektronem indukovanou chemii v EUV-relevantních materiálech. Propojí kvantovou mechaniku (časově závislé a případně multireferenční elektronové metody), kvantovou/semiklasickou dynamiku (neadiabatická dynamika) a statistickou fyziku (reakční sítě, zhrubnění modelu, kinetické a Monte-Carlo přístupy). Výsledkem mají být mechanistické poznatky, prediktivní modely a návrhová pravidla pro molekulární design chemie pro EUV litografii. Vývoj bioinspirované obnovitelné, průhledné a antibakteriální elektronické kůže pro citlivé hmatové snímání
AnotaceElektronické kůže s hmatovým snímáním (e-skins), navržené tak, aby kopírovaly vlastnosti a funkce lidské kůže, se staly klíčovou technologií pro přenosnou elektroniku příští generace. Tyto elektronické kůže, které nabízejí zvýšenou flexibilitu a citlivost, poskytují uživatelům větší pohodlí a zároveň zajišťují přesné snímání dat. Rozšiřující se použití nositelných elektronických kůží v aplikacích, jako jsou zařízení s dotykovou obrazovkou a elektronický papír, navíc vyžaduje vynikající optickou průhlednost. Kromě faktorů, jako je pohodlí a průhlednost, však zůstávají zásadní, avšak často opomíjené, bezpečnostní a zdravotní důsledky elektronických kůží. Dlouhodobé používání elektronických kůží na lidském těle může vést k růstu bakterií, které způsobují záněty kůže a další zdravotní problémy. Proto je naléhavě zapotřebí vyvinout pružné elektronické kůže s antibakteriálními vlastnostmi, které by zabránily růstu bakterií a následným infekcím. dalším faktorem, který byl při vývoji elektronických kůží jen málo zkoumán, je obnovitelnost materiálu. Celulóza, hojný biopolymer a prakticky neomezený přírodní zdroj, má potenciál uspokojit rostoucí poptávku po obnovitelných materiálech. Celulóza může existovat v různých formách, například jako celulózová nanovlákna (CNF), která mají obvykle průměr od 50 do 60 nm. Z těchto vláken lze vytvářet nanostrukturované papírové listy, tenké filmy, multifunkční nanokompozity nebo průhledné filmy. Tyto materiály nabízejí několik výhod, včetně nízké plynopropustnosti. Použití přírodních, biologicky odbouratelných nanobiopolymerů může také snížit toxicitu a rozšířit rozsah jejich použití. celulóza ve své přírodní formě však postrádá vlastní antibakteriální aktivitu. Nicméně její bohatý výskyt funkčních skupin umožňuje chemickou modifikaci, která jí může propůjčit významné antimikrobiální vlastnosti. Výsledkem těchto modifikací mohou být antibakteriální materiály s dlouhotrvajícími, nevyplavujícími se antimikrobiálními účinky, což znamená, že bakterie musí být v přímém kontaktu s povrchem, aby se antimikrobiální účinek projevil. na základě těchto úvah je cílem tohoto projektu navrhnout obnovitelné, transparentní a antibakteriální elektronické kůže z CNF, které vykazují vynikající flexibilitu a vysokou citlivost pro aplikace hmatového snímání. Vývoj elektrochemických senzorů pro forenzní analýzu psychoaktivních látek
AnotacePsychoaktivní látky způsobují změny v náladě a vědomí, avšak mnoho z nich je návykových. Snaha vyvíjet rychlé a citlivé elektrochemické senzory pro detekci těchto látek je podmíněna volbou selektivního receptoru - selektoru. Cílem disertační práce bude aplikace vhodných elektroanalytických postupů vedoucích k nanesení vybraných selektorů na různé elektrodové povrchy pro stanovení psychoaktivních látek ve forenzní analýze Vývoj latentních daktyloskopických stop pomocí nanomateriálů
AnotacePráce bude zaměřena na testování kovových nanočástic na bázi Ag, Cu atp. schopných interagovat s povrchem namísto zbytků otisků prstů. Například materiály na bázi AgNP mohou vyvolat negativní neboli obrácený obraz latentních otisků prstů na papíře, skle, hliníkové fólii a keramických substrátech. Nicméně i přes řadu zpráv týkajících se použití materiálů na bázi stříbra pro vyvolání latentních otisků prstů přítomných na různých površích (obvykle papíru) je úspěšnost při získávání otisků s důkazní hodnotou na kovových površích, i při použití konvenčních metod, jako je prášek nebo kyanoakrylát, stále poměrně nízká. V tomto směru se jako účinná metoda ukázala elektrochemická depozice elektroaktivních látek, jako jsou konjugované polymery a AgNPs na kovové povrchy s otisky prstů. Použití elektrochemických technik pro zviditelnění latentních otisků prstů na vodivých površích je považováno za velmi slibnou strategii. Bude rozvíjen koncept elektrolytického pokovování nanočástic na bázi Ag, Cu atp. na substrátech forenzního významu (nerezová ocel, měď a mosaz). Celkovým cílem je vytvořit kontrolovatelný, efektivní a robustní protokol pro zlepšení viditelnosti latentních otisků prstů na kovových površích. Současně bude studována morfologie, struktura nanesených vrstev a vliv stárnutí otisku prstu na depozici vrstev a bude hodnocena kvalita výsledného obrazu. Disertace bude vypracována za podpory projektu Zvýšení efektivity metod vizualizace latentních otisků prstů, VK02010123, 2026-2029. Vývoj metod vibrační a chiroptické spektroskopie pro forenzní aplikace
AnotaceZatímco metody vibrační spektroskopie (především infračervená absorpce a Ramanova spektroskopie) jsou ve forenzní praxi dlouho etablovány, v případě chiroptické spektroskopie (cirkulární dichroismus a Ramanova optická aktivita) tomu tak není, přitom může přinést velmi cenné poznatky v případě studia a identifikace chirálních látek. Předmětem práce proto bude vývoj metod zaměřených především na chiroptickou spektroskopii pro analýzu forenzně významných látek a přípravků ze záchytů, zejména psychoaktivních látek a drog (například kathinonů, kanabinoidů), růstových hormonů (především peptidů), derivátů testosteronu a padělků léčivých přípravků (například Avanafilu), které se na černém trhu stále objevují v nových chemických modifikacích. Předmětem práce bude nejen vlastní experimentální spektroskopická analýza, ale též interpretace spekter a studium struktury těchto látek, včetně určení absolutní konfigurace, pomocí metod výpočetní chemie. Práce bude realizována za podpory grantových projektů bezpečnostního výzkumu Ministerstva vnitra ČR. Vývoj obnovitelných vodivých hydrogelů pro flexibilní systémy skladování energie
AnotacePro napájení nositelných elektronických zařízení byly vyvinuty různé flexibilní systémy pro ukládání energie, které fungují v podmínkách postupného ohýbání, natahování a dokonce i kroucení. Superkondenzátory a baterie jsou považovány za nejslibnější zdroje energie/napájení pro nositelnou elektroniku, avšak zajištění jejich elektrochemické udržitelnosti a mechanické odolnosti je klíčové. Elektricky vodivé obnovitelné hydrogely, které spojují elektrické vlastnosti vodivých materiálů s jedinečnými vlastnostmi obnovitelných hydrogelů, poskytují ideální rámec pro návrh a konstrukci flexibilních superkondenzátorů a baterií. Tento projekt se zaměří na vývoj nových funkčních hydrogelů z obnovitelných zdrojů s kontrolovatelnou velikostí, složením, morfologií a vlastnostmi rozhraní. Bude provedeno základní pochopení vztahů mezi chemickým složením, strukturou, vlastnostmi rozhraní, napětím, elektrickou vodivostí a elektrochemickými vlastnostmi vodivých hydrogelů. Bude posouzeno účinné použití těchto vodivých hydrogelů v pružných systémech pro ukládání energie. Vývoj univerzálního výpočetního nástroje pro <i>in silico</i> screening rozpouštědel
AnotacePři výrobě, zpracování i recyklaci materiálů hrají důležitou roli rozpouštědla. Ta by měla vykazovat vysokou rozpouštěcí účinnost pro cílový materiál a současně splňovat požadavky zelené a cirkulární chemie, zejména nízkou toxicitu a dobrou recyklovatelnost. Najít optimální rozpouštědlo pro danou aplikaci v rozlehlém prostoru chemických látek je však náročný úkol, při němž klasická experimentální metodika pokus-omyl vede k vysokým časovým a finančním nákladům. Značné zjednodušení a urychlení tohoto procesu slibují pokročilé výpočetní metody, které dokáží generovat pořadí vhodných rozpouštědel na základě rychlého výpočtu termodynamické afinity mezi rozpuštěncem a rozpouštědlem. Mezi takové metody patří zejména modely typu COSMO, které využívají kvantově-mechanické výpočty a poskytují tak a priori predikce například rozpustnosti. Zároveň umožňují interpretovat afinitu v kontextu molekulární struktury a interakcí látek. V současnosti existuje několik implementací modelů COSMO, z nichž některé jsou součástí komerčních softwarových produktů, přičemž ne každá umožňuje přímočaré provádění screeningu rozpouštědel pro konkrétní účely. Cílem tohoto dizertačního projektu je proto vývoj komplexního a kompaktního výpočetního nástroje, který by umožnil přímočaré a efektivní využití modelu COSMO-SAC pro široké spektrum úloh screeningu rozpouštědel a jejich směsí. Realizace tohoto cíle bude vyžadovat implementaci existujících i vývoj nových kódů, algoritmů a postupů (zřejmě v jazyce Python), které budou v rámci práce systematicky testovány a validovány. Získaná data je budou také dále využita pro vývoj souvisejících screeningových metod založených na strojovém učení. Vyvíjený nástroj bude navržen s důrazem na automatizaci, vysokou kapacitu a volnou přístupnost pro širokou odbornou komunitu tak, aby byl využitelný např. při výběru vhodných polymerních nosičů aktivních látek ve farmaceutických formulacích, rozpouštědel pro zpracování biomasy, recyklaci plastů či výrobu organických polovodičů. Za hranice současných experimentálních limitů měření nízkých tlaků par
AnotaceStudium tlaků nasycených par v oblasti extrémně nízkých tlaků představuje z technického i metodologického hlediska mimořádně náročnou disciplínu. Metody měření ve středotlaké oblasti (> 1 kPa, ebuliometrie) a nízkotlaké oblasti (> 1 Pa, statická metoda) jsou v současnosti dobře propracované a umožňují dosahovat relativních nejistot menších než 1 %. V rozsahu tlaků přibližně 0,01–1 Pa se uplatňuje Knudsenova efúzní metoda, jejíž přesnost je však omezena nutností znalosti složení parní fáze (komplikuje ji např. přítomnost dimerů či produktů rozkladu); dosažitelné nejistoty se v nejlepších případech pohybují kolem 5 %. V laboratoři byla nedávno zkonstruována aparatura pro měření tlaků par pomocí Knudsenovy efúzní metody s několika úpravami oproti běžným realizacím. Prvotní testy naznačují, že zařízení umožňuje spolehlivé měření tlaků nasycených par v rozsahu od 1 mPa do 1 Pa při teplotách 50–200 °C. Tento rozsah je však stále nedostatečný pro řadu látek významných z hlediska ochrany životního prostředí (perzistentní polutanty, pesticidy) i průmyslových aplikací (iontové kapaliny, léčiva). Pro měření ještě nižších tlaků par existují alternativní metody, jako je Knudsenova metoda s hmotnostně-spektrometrickou detekcí, měření velikosti vznášejících se částic či termální desorpce. Výsledky těchto metod se však často významně liší a vzhledem k absenci spolehlivých referenčních dat nelze tyto rozpory jednoznačně vyřešit. To podtrhuje potřebu dalšího metodického vývoje v oblasti měření tlaků par nižších než přibližně 1 mPa a současně tvorby kvalitních referenčních dat. Cílem práce je seznámení se s metodami měření tlaků nasycených par se zvláštním zaměřením na Knudsenovu efúzní metodu, experimentální ověření limitů dostupné aparatury a návrh úprav zařízení i měřicí metodiky vedoucích k rozšíření měřitelného tlakového rozsahu směrem k nižším tlakům. Součástí práce bude výběr vhodných referenčních látek a tvorba referenčních dat metodou simultánní korelace, která bude vyžadovat rovněž studium fázového chování látek, stanovení jejich tepelných kapacit a výpočet tepelných kapacit ideálního plynu. Zkoumání a molekul molekul pomocí vysokoenergetických fotonů
AnotaceVysokoenergetické fotony v oblasti XUV/EUV představují účinný nástroj pro zkoumání molekul a jejich transformací, zároveň však otevírají relativně novou cestu k iniciaci chemických reakcí. Projekt je motivován rozvojem moderních experimentů, zejména pump–probe měření typu EUV pump – EUV probe umožněných technologiemi HHG a novějšími experimenty X-ray pump – X-ray probe realizovanými na zdrojích X-FEL. Tyto děje jsou relevantní jak z hlediska fundamentálního výzkumu, tak z pohledu technologických aplikací či astrochemie. Pro jejich modelování je nezbytné vyvíjet nové výpočetní postupy, od výpočtu spektroskopických signálů až po efektivní adaptaci trajektoriových metod. Klíčovou roli budou hrát metody kvantové dynamiky a časově závislé teorie elektronové struktury. |
Aktualizováno: 16.2.2026 17:31, Autor: Jakub Staś