Přehled témat disertačních prací 2023-2024
1. Optimální technologické parametry pro elektrochemickou likvidaci vybrané odpadní vody
Školitel:
doc. Ing. Tomáš Loučka, CSc., FŽP UJEP
Tel.: 475 284 151, e-mail:
Konzultant:
Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP
Tel.: 475 284 151, e-mail:
Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Školitel:
doc. Ing. Tomáš Loučka, CSc., FŽP UJEP
Tel.: 475 284 151, e-mail:
Konzultant:
Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP
Tel.: 475 284 151, e-mail:
Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor:
Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP
Tel.: 475 284 178, e-mail:
Consultants:
Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic
Tel.: 732 974 096, e-mail:
Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP
Tel.: 475 285 535, e-mail:
We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials.
Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications.
The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved.
As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion.
The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel:
Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP
Tel.: 266 172 202, e-mail:
Konzultanti:
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP
Tel. 475 284 148, e-mail:
V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF.
EN
Nano-bio-chemical interactions of metal oxides
Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
1. Optimální technologické parametry pro elektrochemickou likvidaci vybrané odpadní vody
Školitel: doc. Ing. Tomáš Loučka, CSc., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail:
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP
Tel. 475 284 148, e-mail:
Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS.
Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID,
HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.
9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals
Školitel:
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP
Tel. 475 284 148, e-mail:
Konzultanti:
Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP
Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).
10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež
11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži. prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).
7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).
7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).
8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).
7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).
8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).
7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).
2. Studium elektrochemické oxidace organických polutantů (zejména pesticidů) na pevných elektrodách nebo elektrodách modifikovaných nanočásticemi
Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Supervisor: Ing. Jiří Orava, Ph.D. FŽP UJEP Tel.: 475 284 178, e-mail: Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.
9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).
8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).
7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.
6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.
5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.
4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na detailní studium adsorpce a elektrochemické oxidace (případně i redukce) organických polutantů, zejména pesticidů, s cílem dosáhnout lepšího pochopení procesů elektrochemické likvidace organických polutantů. Procesy adsorpce a oxidace budou sledovány zejména na Pt, Au, Ag, GCE elektrodách, na elektrodách modifikovaných grafenem, případně i na elektrodách modifikovaných nanočásticemi vzácných kovů. Sledování bude prováděno voltametrickými metodami, měřením impedance elektrod, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS).
3. Preparation of Colloidal-Crystal Films for Advanced Applications
Consultants: Ing. Tomáš Kohoutek, Ph.D., Involved Ltd., Siroka 1, Chrudim 537 01, Czech Republic Tel.: 732 974 096, e-mail: Ing. Anna Knaislová, Ph.D., FSI UJEP Tel.: 475 285 535, e-mail: We seek a highly-motivated candidate who is fluent in English because regular communication with international research teams is expected. The thesis can be written either in Czech or English language – the latter is preferred. The applicant should have knowledge of chemistry and/or physics of materials. Colloidal-photonic-crystal (CPC) films made of monodisperse particles (Figure 1), a typical diameter range is ~100-700 nm, are commercially used in personalized security, photonic crystal lasers, bio/chemical sensors, solar concentrators, fashion-design products and as bionic materials. The synthetic structures mimic nature’s photonic crystals found in butterflies, beetles, or fish. The design, controlled materials processing, and robustness of new materials and new functional devices remain the challenge and limit CPCs widespread in new applications. The work will involve the preparation and characterization of the structures, mostly based on silica nanoparticles, and reproducible defects engineering in CPC films. The carried PhD work will also attempt to produce CPC films from beads of variable diameters. CPCs films will be sensitized with photoactive nanoparticles. The preparation methods will also allow forming core-shell structures, i.e., to produce nearly spherical particles from functional non-spherical ones and which can then be actively used in self-assembly processes when the appropriate composition of the shell is achieved. As a result, reproducible, low-cost, efficient, and straightforward methods of producing colloidal particles and crystal films should be developed. The optimized CPC films can be used, for example, as a potential high-temperature sensor to measure thermal expansion of metallic materials up to temperatures of about 400 °C – this greatly exceeds the present limit of about 80 °C for optical sensors based on polymeric beads, or for light conversion. The successful candidate will gain advanced knowledge in chemistry and physics of materials, and their characterization including methods such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy, optical characterization etc.4. Nano-bio-chemické interakce vybraných oxidů kovů
Školitel: Ing. Jiří Henych, Ph.D., ÚACH AV ČR/FŽP UJEP Tel.: 266 172 202, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: V Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži (ÚACH) byla v průběhu let vyvinuta celá řada nanooxidů (zejména) přechodných kovů, mnohé z nich i ve spolupráci s FŽP UJEP. Tyto materiály (např. TiO2, CeO2, MnOx) vykazují neobyčejné redoxní, (foto)katalytické, optoelektrické, ale i antivirotické vlastnosti, nebo schopnost napodobovat funkce enzymů v biochemických reakcích. Toho lze využít třeba k odstraňovaní málo prozkoumaných nebo problematických polutantů z vod (i ovzduší) včetně pesticidů, léčiv, látek narušujících hormonální systém (tzv. endokrynní disruptory), ale potenciálně i biopolutantů včetně bakterií, virů, nebo volných genů, zvyšující rezistenci bakterií vůči antibiotikům (tzv. antibiotic resistence genes, ARG). Práci je možné zaměřit na vývoj nových nanomateriálů, studium jejich povrchových vlastností, objasnění degradačních mechanizmů vybraných polutantů, ale i na studium jejich interakcí s biologickými systémy nebo objasnit, jak funguje jejich schopnost fungovat jako umělé enzymy (tzv. nanozymy). Práce probíhají zejména na ÚACH, ale dle zaměření lze aktivně zapojit hned několik pracovišť UJEP, včetně katedry environmentální chemie a technologie (FŽP) a katedry chemie, fyziky i biologie na PřF. EN Nano-bio-chemical interactions of metal oxides Over the years, a number of nanooxides (especially) of transition metals have been developed at the Institute of Inorganic Chemistry of the Czech Academy of Sciences in Řež (ÚACH), many of them also in cooperation with Faculty of Environment UJEP. These materials (e.g. TiO2, CeO2, MnOx) show unusual redox, (photo)catalytic, optoelectric, but also antiviral properties, or the ability to mimic the functions of enzymes in biochemical reactions. This can be used, for example, to remove little-explored or problematic pollutants from water (and air), including pesticides, drugs, endocrine disruptors, but potentially also biopollutants, including bacteria, viruses or free genes, increasing bacterial resistance to antibiotics (so-called antibiotic resistance genes, ARG). The work can focus on the development of new nanomaterials, study their surface properties, elucidate the degradation mechanisms of selected pollutants, but also to study their interactions with biological systems or how their ability to function as artificial enzymes (so-called nanozymes) works. The work is carried out mainly at ÚACH, but according to the focus, several UJEP workplaces can be actively involved, including the Department of Environmental Chemistry and Technology (Faculty of Environment), and the Department of Chemistry, Physics and Biology at Faculty of Science.5. Nanokrystalické kompozitní magnetické materiály na bázi železa pro šetrné odstraňování polutantů z životního prostředí
Školitel: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D., FŽP UJEP Tel. 475 284 170, 728 584 064, e-mail: Konzultant: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Ing. Martin Šťastný, Ph.D., ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V posledních letech byly na FŽP UJEP ve spolupráci ÚACH Řež vyvinuty nové typy magneticky separovatelných oxidů na bázi magnetitu a ferrihydritu, sloužící jako sorbenty nebo jako magnetické jádro pro následné modifikace aktivní vrstvou (na bázi Ce, Ti, Zn). Tyto materiály byly použity pro efektivní odstranění anorganických iontů (fluoridy, fosforečnany, Cr6+), tak jako reaktivní sorbenty (pro rozklad organofosfátů) v případě pokrytí magnetického jádra aktivní vrstvou na bázi CeO2. Hlavní přednostní těchto materiálů je jejich snadná separovatelnost po jejich aplikaci. Většina počátečních experimentů pro rozklad byla prováděna v aprotických rozpouštědlech. Cílem práce je rozšíření těchto materiálů pro sorpci anorganických iontů, tak i jako reaktivních sorbentů pro odstranění organických polutantů ve vodách. Výzkumné práce budou především zaměřeny na: a) optimalizace syntézy aktivní vrstvy a efekt pokrytí magnetického jádra. b) Syntéza Fe3O4 kompozitů s jinou aktivní vrstvou (TiO2, ZnO, MgO). c) Studium adsorpčních vlastností samotného magnetického jádra, tak i kompozitu s aktivní vrstvou a vliv prostředí na sorpci i reaktivitu. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.). Pro charakterizaci budou též využity metody klasické analytické chemie dostupné na FŽP. Projekt je podpořen grantem Aquatic Pollutants (Zelené technologie čištění vody) pro období 2021-2023.6. Vývoj aplikačních forem reaktivních sorbentů pro rozklad toxických látek
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, 739 335 088, e-mail: Konzultant: Ing. Martin Šťastný, ÚACH AV ČR Tel.: 311 236 920, 607 825 404, e-mail: V uplynulých letech bylo jak na FŽP UJEP, tak v ÚACH Řež vyvinuto několik typů tzv. reaktivních sorbentů na bázi nanostrukturních oxidů kovů. Tyto látky byly úspěšně použity k rozkladu organofosforečných pesticidů a dalších vysoce toxických látek včetně bojových chemických látek (soman, sarin, yperit, VX agent) a jejich simulantů (dimethyl methylfosfonát, 2-chlorethyl ethylsulfid, apod.). Nověji je zkoumáno použití reaktivních sorbentů k rozkladu dalších typů nebezpečných látek, např. cytostatik (doxorubicin, cyklofosfamid, platinová cytostatika) či retardérů hoření (trifenylfosfát). Dosavadní testy byly prováděny především s práškovými reaktivními sorbenty převážně v nepolárních, případně aprotických rozpouštědlech (heptan, hexan, acetonitril). Cílem práce je rozšíření aplikačních možností reaktivních sorbentů. K tomuto účelu budou výzkumné práce zaměřeny zejména na následující oblasti: Aplikace známých typů reaktivních sorbentů (TiO2, CeO2, MgO, MnO2, aj.) na nové typy polutantů. Vývoj nových typů reaktivních sorbentů a modifikace jejich vlastností, např. vývoj kompozitních a dopovaných materiálů, či sorbentů s komplikovanější strukturou (např. kompozity s grafenem a grafen oxidem). Studium vlivu prostředí (rozpouštědel) na účinnost rozkladu polutantů, studium vlivu přídavků tenzidů či jiných aditiv, vývoj multifunkčních materiálů. Vývoj „smart” textilií, aktivních ochranných vrstev apod. Připravené sorbenty budou materiálově charakterizovány ve spolupráci s ÚACH Řež pomocí dostupných metod analýzy pevných látek (rentgenová strukturní analýza, mikroskopické techniky HRSEM, HRTEM, infračervená spektroskopie, apod.).7. Nanozymy na bázi oxidů kovů
Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: prof. Ing. Ivo Šafařík, DrSc., Biologické centrum AV ČR, České Budějovice Výzkum bude zaměřen na přípravu a testování vybraných oxidů kovů (zejména železa a ceru), které vykazují schopnost urychlovat některé biologicky významné reakce podobným způsobem, jako „konvenční“ enzymy. Tato schopnost se projevuje zejména u nanostrukturovaných forem těchto materiálů – odtud název nanozymy. Na pracovišti školitele byla vyvinuta řada materiálů na bázi oxidu ceričitého, z nichž některé prokázaly schopnost urychlovat např. defosforylační reakce organofosforečných sloučenin o několik řádů (z řádu milionů let na několik minut). Na pracovišti prof. Šafaříka byl mj. vyvinut unikátní postup přípravy magnetických forem oxidů železa s využitím mikrovlnného pole. V nedávné době se podařilo připravit magneticky separovatelný materiál s aktivní vrstvou tvořenou oxidem ceričitým vykazující pseudo-enzymatické schopnosti. V rámci projektu budou syntetizovány nové materiály na bázi oxidů kovů, budou testovány jejich pseudo-enzymatické vlastnosti. Předpokládá se, že student ovládá (nebo si osvojí) metody přípravy anorganických materiálů či nanomateriálů, běžné metody jejich charakterizace, a současně si osvojí základy některých bio-věd (mikrobiologie, enzymologie).8. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HR-MS) a její využití při identifikaci neznámých organických látek v různých matricích životního prostředí a při degradačních experimentech
Školitel: doc. Dr. Ing. Pavel Kuráň, FŽP UJEP. Tel.: 475 309 256, e-mail: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Ve světě přibývá několik tisíc nových organických látek ročně. Tyto látky se dostávají v nemalé míře i do životního prostředí, kde mohou podléhat různým přeměnám. S tím také narůstá potřeba identifikace neznámých látek v životním prostředí, aby bylo možné zmapování rozsahu kontaminace organickými polutanty nebo sledování vlivu zásahů směřujících k odstranění organických polutantů v životním prostředí. Z hlediska potřeb aktuálně řešených projektů bude u tohoto tématu stěžejní vypracování měřících metodických postupů a ionizačních technik pro měření přesné hmoty organických látek pro všechny modulární kombinace vysokorozlišovacího MS – „direct infusion“ MS (DI-MS), GC-HR-MS a HPLC-HR-MS. Pro podporu identifikace neznámých látek se počítá i s využitím běžných chromatografických technik ve spojení se spektrálními metodami (GC-MS, GC-FID, HPLC-DAD, aj.), přičemž součástí výzkumu bude vývoj metod úpravy vzorků před vlastní analýzou (separace, prekoncentrace, derivatizace aj.). Zaměření práce je možné upřesnit po konzultaci se školitelem. Práce bude součástí aktuálních projektů řešených na FŽP UJEP.9. Recyklace lithiových baterií: Aplikace vybraných separačních postupů (extrakce, iontová výměna) pro získávání cenných prvků
Recycling of the Li-ion batteries: Application of selected separation processes (solvent extraction, ion-exchange) for the recovery of valuable metals Školitel: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc. , FŽP UJEP Tel. 475 284 148, e-mail: Konzultanti: Dr. Ing. Tadeáš Wangle; Ing. Jiří Štojdl, FŽP UJEP Dizertační práce zahrnuje jak teoretické zkoumání (včetně modelování), tak experimentální (laboratorní) výzkum vybraných technologických uzlů používaných při získávání cenných kovových prvků (zejména Li, Co, Ni, Mn) z použitých lithiových (Li-ion) baterií. Tyto technologie jsou součástí komplexně pojatého projektu zaměřeného na energetické využití (jako záložní energetické zdroje – viz tzv. druhý život baterií) i materiálové využití Li-ion baterií používaných v elektromobilech. Projekt je podporován z veřejných (tuzemských i evropských) fondů i ze soukromých prostředků. Z těchto zdrojů mohou studenti získat též mimořádnou finanční (stipendium).10. Organokovové sítě pro environmentální aplikace
Školitel: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Konzultanti: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Ing. Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236900, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks – MOFy) jsou rychle se rozvíjející obor krystalických materiálů založených na kombinaci kovových klastrů s organickými spojovacími molekulami. Díky dané geometrii jednotlivých stavebních bloků vznikají porézní struktury s povrchem často 1000-2000 m2/g. Široká škála možných kovů a spojovacích molekul dává nepřeberné kombinace, jejichž vlastnosti mohou být ‚ušity na míru‘ dané aplikaci. Cílem disertační práce bude studium využití organokovových sítí pro environmentální aplikace, především sorpci, rozklad vybraných molekul a studium stability MOFů během sorpce a rozkladů. Jelikož organokovové sítě mají známou krystalovou strukturu, dalším úkolem bude korelovat chemické a texturní vlastnosti sítí s jejich schopností sorpce a rozkladu molekul. V rámci disertační práce se student naučí syntetické postupy při přípravě organokovových sítí, jejich charakterizace (práškový XRD, sorpce N2, termická analýza apod.) a dále pak HPLC, kterým se bude sledovat sorpce, rozklady a stabilita MOFů. Přibližně polovina práce bude probíhat na FŽP UJEP pod vedením Daniela Bůžka, zbytek pak na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Metal-organic frameworks for environmental applications Metal-organic frameworks (MOFs) are fast growing area of crystalline solids based on the combination of metal clusters with organic linking molecules. Because of rigid geometry of the building blocks porous structures are formed. The specific surface area often exceeds 1000 m2g-1. Wide variety of possible metals and linking molecules give countless possible structures, which means that the properties of the MOFs can be tailored for specific application. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption of pollutants. Approximately half of the work will be done at the FŽP UJEP and the rest at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež11. Aktivní borán jako nový porézní materiál pro enviromentální aplikace
Školitel: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236996, e-mail: Konzultant: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: Aktivní borán je novým typem porézního polymeru, který byl vyvinut na Ústavu anorganické chemie v Řeži. Aktivní borán vzniká termální syntézou boránových klastrů s organickými molekulami při vysoké teplotě. Analýza ukazuje, že je pravděpodobně složen z boránových klastrů pospojovaných pomocí organických můstků. Prvotní studie ukazují, že tento typ materiálu má nejen vysokou sorpční kapacitu pro testované emergentní polutanty, ale také je účinným katalyzátorem reakcí katalyzovaných Lewisovskými kyselinami. Cílem disertační práce bude příprava nových porézních struktur, jejich detailní charakterizace a použití jako sorbenty toxických polutantů a jako katalyzátory pro odstraňování perzistentních polutantů například halogenovaných sloučenin. V rámci disertace se student naučí systematické práci v laboratoři, vyhodnocování dat z celé řady charakterizačních metod (práškový XRD, sorpce N2, infračervená spektroskopie, NMR, atd.) a studium použití připravených porézních struktur pro konkrétní aplikace. Většina práce bude probíhat na ÚACH AV ČR v Řeži. English: Activated borane as new porous material for environmental application Activated borane is a new type of porous polymer that was first prepared at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež. Activated borane is formed by thermal co-thermolysis of borane clusters with organic molecules. Initial analysis shows that the polymer is probably composed of borane clusters connected by organic linkers coming from the organic molecules. Initial studies demonstrated that activated borane is a perspective material for sorption of water pollutants and as catalyst for Lewis-acid catalyzed reactions. The aim of the dissertation work will be the preparation of novel porous structures, characterization and the study of its applications, mainly as sorbents of emerging pollutants and catalysts for decomposition of persistent pollutants such as halogenated compounds. During the course, the applicant will master systematic workflow in the laboratory, analysis of wide range of characterization methods (powder XRD, adsorption of nitrogen, FTIR, NMR, etc.) and performing application studies for testing sorption and catalytic degradation of pollutants. The majority of the work will be done at the Institute of Inorganic Chemistry in Řež12. Molekulové klastry pro antimikrobiální povrchy
Školitel: Kaplan Kirakci, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172194, e-mail: Konzultant: Kamil Lang, CSc., DSc. Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 266172193, e-mail: Práce je zaměřena na přípravu modifikovaných kovových klastrů a studium jejich fotofyzikálních vlastností. Jedná se převážně o šestijaderné molybdenové klastry – nanometrové struktury složené z oktaedricky uspořádaných atomů molybdenu a z osmi pevně vázaných atomů jódu, které vytvářejí deformovanou krychli s atomy molybdenu ve středech stran. Na Mo atomy je navázáno dalších šest ligandů, jejichž volbou lze určovat vlastnosti sloučenin. V rámci projektu bude připravena řada nových, doposud nepopsaných sloučenin, které po ozáření světlem vykazují výraznou luminiscenci a produkci excitované formy kyslíku – singletového kyslíku. Singletový kyslík je vysoce reaktivní a inaktivuje mikroorganismy. Tato funkce bude využita k přípravě antimikrobiálních povrchů. Většina prací bude probíhat na pracovišti Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.13. Protonově vodivé organokovové sítě
Školitel: Mgr. Jan Hynek, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Konzultanti: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. Fakulta životního prostředí UJEP; Tel. 475284173, email: RNDr. Jan Demel, Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH Tel.: 311236995, e-mail: Organokovové sítě (Metal-Organic Frameworks, MOF) jsou krystalické materiály složené z kationtů kovů propojených organickými ligandy. Díky pevně dané geometrii stavebních bloků mají MOF porézní charakter a dosahují měrných povrchů v řádu několika tisíc m2/g. Pro přípravu MOF lze využít široké škály kovů a organických ligandů, což umožňuje účinné ladění velikosti a chemické povahy pórů, o čehož se následně odvíjí možné aplikace těchto materiálů. Cílem práce je příprava zirkoničitých MOF obsahujících jako ligand tetrakis(4-karboxyfenyl)porfyrin a jeho deriváty se snahou maximalizovat jejich protonovou vodivost. Protonově vodivé materiály jsou důležitou součástí membrán ve vodíkových palivových článcích, které představují perspektivní způsob pohonu dopravních prostředků šetrný k životnímu prostředí. Pomocí metod chemické substituce ligandů a post-syntetické modifikace MOF budou do struktur zavedeny skupiny s funkcí donorů (fosfonáty, fosfináty, sulfonáty) či akceptorů (aminy) protonů, jejichž přítomnost usnadní mobilitu protonů v porézní struktuře těchto materiálů. V rámci práce se bude student věnovat syntéze MOF, jejich charakterizaci (prášková RTG difrakce, adsorpce plynů, termická analýza apod.) a stanovení chemického složení a stability (HPLC, ICP-MS). Pracovní aktivity studenta budou rozloženy mezi FŽP UJEP (pod vedením Daniela Bůžka) a ÚACH AV ČR v Řeži.14. Kationtové borany jako katalyzátory a molekulární senzory
Školitel: RNDr. Karel Škoch Ph.D., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236925, e-mail: Konzultant: Jan Demel, PhD., Oddělení materiálové chemie, ÚACH; Tel.: 311236996, e-mail: Sloučeniny těžkých kovů mají v syntetické chemii výsadní pozici jako katalyzátory pro celou řadu chemických transformací, a tak nacházejí běžné využití v laboratořích i průmyslových procesech. S jejich využitím jsou však spojeny inherentní problémy jako je jejich vysoká cena, značná toxicita a ekologická zátěž při jejich získávání i separaci z produktů. Zejména v poslední době narůstají i strategická rizika, jelikož jsou často získávány v politicky problematických zemích. I z těchto důvodů vychází potřeba hledat nové a alternativní postupy, které by přechodné kovy nahradily, případně přinesly nové možnosti pro syntetickou chemii. Práce cílí na přípravu a charakterizaci unikátních kationtových sloučenin boru, boranyliových solí jakožto Lewisovkých superkyselin. Kromě možnosti jejich syntézy bude studovány jejich fotofyzikální vlastnosti a reaktivita a jejich případné využití jako kalyzátorů pro hydrosilylační a hydroborační reakce. Během práce si aplikant osvojí pokročilé syntetické techniky na rozhraní organické a anorganické chemie, naučí se pracovat se sloučeninami citlivými na vzduch a zdokonalí v typických charakterizačních metodách v organické chemii (NMR, IR, MS, XRD…). Práce bude probíhat na Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži.Konzultant: Ing. Sylvie Kříženecká, Ph.D., FŽP UJEP Tel.: 475 284 151, e-mail: Práce bude zaměřena na zpracování konkrétní odpadní vody z potravinářského nebo papírenského průmyslu, nebo z jiných průmyslových odpadních vod některými z elektrochemických pokročilých oxidačních procesů (AOPs, Advanced Oxidation Processes). Sledovány mohou být i elektrochemické procesy redukční. Cílem bude zjištění optimálních parametrů pro jejich likvidaci z hlediska elektrodových materiálů, fyzikálních podmínek (pH, proudová hustota, proudová a energetická účinnost Sledování bude prováděno běžnými elektrochemickými metodami (voltametrie, galvanometrické metody, případně i dalšími metodami. Sledování bude doplněno sledováním vlastností povrchu elektrod spektrálními metodami (Ramanova a UV vis spektrometrie, případně elektronová a fotoelektronová spektroskopie), rovněž i identifikací produktů rozkladu (např. GC-MS). Využity budou i metody měření CHSK, BSK a TOC).