Projekty vedené katedrou od roku 2010

Fylosilikáty interkalované organickými molekulami jako prekurzory elektricky vodivých materiálů II.

SP2025/029

Výzkum v rámci tohoto projektu navazuje na výsledky projektu předcházejícího (SP2024/041), jehož cílem bylo zmapovat možnosti přípravy elektricky vodivých materiálů pyrolýzou kompozitů připravených z fylosilikátů interkalovaných z roztoku elektricky nevodivými organickými sloučeninami. S ohledem na výsledky předcházejícího projektu SP2024/041, které prokázaly, že polymerační krok není nezbytný k získání elektricky vodivých materiálů obsahujících grafenové nanostruktury (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119662), bude v tomto projektu přistoupeno ke studiu možnosti dalšího zjednodušení procesu přípravy. Kompozity určené k pyrolýze (s cílem získat elektricky vodivé materiály) budou připravovány mechanochemickou suchou interkalací namísto interkalace v roztoku. To může nejen eliminovat kroky filtrace a sušení, ale také zabránit ztrátám materiálu, ke kterým u filtrace dochází. Rovněž s ohledem na výsledky předešlého projektu (SP2024/041), které ukázaly rozdíly ve strukturní kompatibilitě grafitu/grafenu s různými vysokoteplotními fázemi (mullit, cristobalit, forsterit atd.) vzniklými při pyrolýze hlinitých či hořečnatých fylosilikátů (Molek a Tokarský, NANOCON 2024), bude v tomto projektu přistoupeno k přípravě elektricky vodivých materiálů pyrolýzou kompozitů typu organická sloučenina – čistá vysokoteplotní fáze (mullit, cristobalit, forsterit atd.). Cílem je experimentálně ověřit možnost zvýšení podílu grafitického uhlíku (a v důsledku toho i elektrické vodivosti) tím, že kompozity určené pro pyrolýzu budou již předem obsahovat pouze vysokoteplotní fáze vykazující vysokou strukturní kompatibilitu s grafitickým uhlíkem. Analýzy chemického složení, struktury a morfologie materiálů získaných pyrolýzou budou prováděny pomocí elementární analýzy, rentgenové fluorescenční spektroskopie, termogravimetrie, rentgenové difrakce, Ramanovy a infračervené spektroskopie, molekulárního modelování s využitím silových polí, výpočtů strukturní kompatibility a transmisní elektronové mikroskopie s energeticky disperzní rentgenovou spektroskopií. V rámci projektu bude jako jedné z organických sloučenin věnována pozornost také elektricky vodivému polymeru polythiofenu. Kromě nalezení jednoduché a rychlé metody syntézy a ověření jeho vodivosti bude studována též vodivostní odezva, tj. senzorické vlastnosti, na vybrané plyny (např. amoniak). I vzorky obsahující polythiofen budou pyrolyzovány. Na základě dosavadních výsledků publikovaných studií zaměřených na pyrolýzu vodivých polymerů (https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.03.021, https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2021.111429 apod.) lze i v tomto případě očekávat úspěšnou transformaci na grafitický uhlík. Kromě ověření správnosti tohoto předpokladu však bude v rámci projektu hledána odpověď na otázku, zda ve výsledné uhlíkaté struktuře zůstanou heteroatomy síry (přítomné v pětičetných cyklech polythiofenu) a pokud ano, pak v jakém množství. V případě úspěchu by takto připravený sírou dopovaný uhlíkatý materiál mohl být v budoucnu testován např. v rámci vývoje nových typů baterií (https://doi.org/10.1016/S1872-5805(22)60630-9). U všech pyrolyzovaných materiálů bude míra jejich elektrické vodivosti korelována s obsahem uhlíku v materiálu (a s obsahem síry u materiálů původně obsahujících polythiofen), přičemž pozornost bude věnována zejména míře grafitizace a přítomnosti jednovrstvého či vícevrstvého grafenu. Časový harmonogram řešení projektu 01/2025 – 07/2025 Příprava kompozitů fylosilikát/organická látka a čistá vysokoteplotní fáze fylosilikátů/organická látka. Pyrolýza připravených kompozitů. Analýzy chemického složení, struktury a morfologie pyrolyzovaných kompozitů. Měření elektrické vodivosti pyrolyzovaných kompozitů. 08/2025 – 12/2025 Příprava vodivého polythiofenu a kompozitu fylosilikát/polythiofen a měření jejich elektrické vodivosti. Návrh aparatury pro měření senzorických vlastností a realizace měření. Pyrolýza kompozitu fylosilikát/polythiofen. Analýzy složení, struktury a morfologie pyrolyzovaných materiálů. Měření elektrické vodivosti pyrolyzovaných materiálů. Rozdělení práce a úkolů mezi členy řešitelského týmu doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. – hlavní řešitel – vedoucí disertační práce Ing. Jonáše Molka – molekulární modelování – výpočty strukturní kompatibility – měření elektrické vodivosti –administrace projektu – příprava VaV výstupů Ing. Silvie Vallová, Ph.D. – charakterizace materiálů pomocí termogravimetrie – příprava VaV výstupů doc. Ing. Michal Ritz, Ph.D. – vedoucí doktorské práce Zuzany Pěgřimočové – charakterizace materiálů pomocí IČ a Ramanovy spektroskopie – příprava VaV výstupů Ing. Markéta Davidová – studentka doktorského studia – příprava kompozitů fylosilikát/organická látka – charakterizace materiálů pomocí RTG difrakce – měření elektrické vodivosti – příprava VaV výstupů Ing. Zuzana Pěgřimočová – studentka doktorského studia – charakterizace materiálů pomocí IČ a Ramanovy spektroskopie – příprava VaV výstupů Ing. Sára Leinweberová – studentka doktorského studia – pyrolýza kompozitů fylosilikát/organická látka – příprava VaV výstupů Ing. Jonáš Molek – student doktorského studia – molekulární modelování – výpočty strukturní kompatibility – příprava VaV výstupů Bc. Matěj Hořejší – student magisterského studia od 08/2025– příprava vodivého polythiofenu a kompozitu fylosilikát/polythiofen – měření elektrické vodivosti – návrh aparatury pro měření senzorických vlastností a realizace měření Bc. Jiří Kuběnka – student magisterského studia od 08/2025 – návrh aparatury pro měření senzorických vlastností a realizace měření

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Tokarský Jonáš doc. Ing., Ph.D.