Řízená litografická depozice platinových nanostruktur na dvourozměrné nosiče pro studium heterogenních katalyzátorů

Vlastnosti heterogenních katalyzátorů závisejí nejen na chemickém složení aktivní fáze, ale také na velikosti, tvaru a prostorovém rozmístění kovových nanočástic a jejich interakci s nosičem. Kontrolovaná příprava částic s definovanou geometrií a vzájemnou vzdáleností umožňuje vytvářet modelové katalytické systémy pro studium těchto vlivů. Dvourozměrné materiály představují vhodnou platformu, protože umožňují cílené umístění kovových nanostruktur a jejich následnou charakterizaci pomocí vzájemně se doplňujících mikroskopických metod. Cílem práce bude stanovit vztah mezi podmínkami litografické depozice platiny, vlastnostmi vybraného 2D nosiče a strukturou vzniklého nanohybridu. Připravené systémy budou sloužit jako podklad pro následné studium interakcí mezi kovem a nosičem i otázky, jak může reakce na jedné částici ovlivňovat reaktivitu jejího okolí. Téma má přímý přesah do vývoje katalyzátorů pro chemický a farmaceutický průmysl, kde se platina a další vzácné kovy využívají například při selektivních hydrogenacích meziproduktů léčiv. Přesné řízení rozmístění a velikosti aktivních částic může přispět k pochopení faktorů určujících aktivitu, selektivitu a účinné využití vzácného kovu.

Student bude připravovat platinové nanostruktury na povrchu vybraných 2D nosičů pomocí přímé depozice indukované elektronovým svazkem z organokovového prekurzoru přiváděného systémem vstřikování plynů (GIS) v mikroskopu FIB-SEM. Alternativně využije elektronovou litografii v elektronově citlivém rezistu, jehož lokální expozicí a vyvoláním vznikne maska s definovanými otvory. Následnou depozicí platiny a odstraněním rezistu společně s kovem na jeho povrchu metodou lift-off budou vytvořeny prostorově uspořádané kovové struktury. Student bude studovat vztah mezi parametry přípravy, typem a tloušťkou 2D nosiče a výslednou velikostí, tvarem a vzájemnou vzdáleností nanostruktur. Důraz bude kladen na reprodukovatelnost a dosažení požadované povrchové hustoty struktur. Pomocí korelativní skenovací a transmisní elektronové mikroskopie provede jejich morfologickou a strukturní charakterizaci, doplněnou podle dostupnosti metod o analýzu složení depozitu a posouzení zbytků prekurzoru či rezistu. Výstupem bude série charakterizovaných nanohybridů a stanovení podmínek jejich řízené přípravy pro navazující studium interakcí kov–nosič a katalytických vlastností.