Tato práce se zaměřuje na přípravu stabilních suspenzí kovových diboridů, zejména diboridu hafnia (HfB2), a jejich využití pro přípravu kompozitních materiálů s nanočásticemi oxidu ceričitého pro fotokatalytický rozklad vybraných polutantů vod. Kvazi-2D struktury diboridu hafnia byly připraveny ultrazvukovou delaminací ve směsi propanolu s vodou v poměru 1:1. Kombinace 2D HfB2 s CeO2 nanočásticemi v nanokompozitním materiálu významně urychlila fotokatalytický rozklad cílových testovaných polutantů bisfenol-S, paraoxon-methyl a diclofenac oproti samotnému CeO2. Fotokatalytická aktivita byla studována sledováním kinetiky rozkladu cílových polutantů ve vodných roztocích pomocí kapalinové chromatografie s diodovým polem (HPLC/DAD). Výsledky prokázaly, že nově připravené kompozitní materiály na bázi 2D diboridů mohou účinně rozkládat vybrané polutanty. Díky této skutečnosti můžeme předpokládat využití exfoliovaných 2D kovových diboridů a jejich kompozitů ve fotokatalytických aplikacích využitelných např. při ochraně životního prostředí.
Anotace v angličtině
This thesis focuses on the preparation of stable suspensions of metal diborides, particularly hafnium diboride (HfB2), and their use for the preparation of composite materials with cerium oxide nanoparticles for photocatalytic degradation of selected water pollutants. Quasi-2D structures of hafnium diboride were prepared by ultrasonic delamination in a 1:1 mixture of propan-2-ol and water. The combination of 2D HfB2 with CeO2 nanoparticles significantly accelerated the photocatalytic degradation of the tested pollutants bisphenol-S, paraoxon-methyl and diclofenac compared to pristine CeO2. The photocatalytic activity was studied by monitoring the kinetics of degradation of the selected pollutants using liquid chromatography with diode array detector (HPLC/DAD). The results showed that the newly prepared 2D diboride-based composite materials can efficiently degrade the selected pollutants. Thanks to this fact, we can assume the use of exfoliated 2D metal diborides and their composites in photocatalytic applications useful, for example, in environmental protection.
Tato práce se zaměřuje na přípravu stabilních suspenzí kovových diboridů, zejména diboridu hafnia (HfB2), a jejich využití pro přípravu kompozitních materiálů s nanočásticemi oxidu ceričitého pro fotokatalytický rozklad vybraných polutantů vod. Kvazi-2D struktury diboridu hafnia byly připraveny ultrazvukovou delaminací ve směsi propanolu s vodou v poměru 1:1. Kombinace 2D HfB2 s CeO2 nanočásticemi v nanokompozitním materiálu významně urychlila fotokatalytický rozklad cílových testovaných polutantů bisfenol-S, paraoxon-methyl a diclofenac oproti samotnému CeO2. Fotokatalytická aktivita byla studována sledováním kinetiky rozkladu cílových polutantů ve vodných roztocích pomocí kapalinové chromatografie s diodovým polem (HPLC/DAD). Výsledky prokázaly, že nově připravené kompozitní materiály na bázi 2D diboridů mohou účinně rozkládat vybrané polutanty. Díky této skutečnosti můžeme předpokládat využití exfoliovaných 2D kovových diboridů a jejich kompozitů ve fotokatalytických aplikacích využitelných např. při ochraně životního prostředí.
Anotace v angličtině
This thesis focuses on the preparation of stable suspensions of metal diborides, particularly hafnium diboride (HfB2), and their use for the preparation of composite materials with cerium oxide nanoparticles for photocatalytic degradation of selected water pollutants. Quasi-2D structures of hafnium diboride were prepared by ultrasonic delamination in a 1:1 mixture of propan-2-ol and water. The combination of 2D HfB2 with CeO2 nanoparticles significantly accelerated the photocatalytic degradation of the tested pollutants bisphenol-S, paraoxon-methyl and diclofenac compared to pristine CeO2. The photocatalytic activity was studied by monitoring the kinetics of degradation of the selected pollutants using liquid chromatography with diode array detector (HPLC/DAD). The results showed that the newly prepared 2D diboride-based composite materials can efficiently degrade the selected pollutants. Thanks to this fact, we can assume the use of exfoliated 2D metal diborides and their composites in photocatalytic applications useful, for example, in environmental protection.
Kovové diboridy jsou třídou keramických materiálů s krystalickou strukturou sestávající z šestiúhelníkových vrstev atomů boru střídajících se s rovinami atomů kovů držených pohromadě iontovými/kovalentními vazbami smíšeného charakteru. Tyto materiály vykazují vysokou chemickou stabilitu, vysoké body tání, ale i zajímavou elektrickou a tepelnou vodivost a optické vlastnosti. Příprava jejich kvazi-2D struktur je možná pomocí ultrazvukové delaminace v různých rozpouštědlech. Suspenze těchto 2D nanovrstev může být využita k tvorbě nových kompozitních materiálů pro foto/elektrokatalýzu nebo jiné aplikace.
Cílem práce je připravit vhodné stabilní suspenze vybraných 2D diboridů, popsat jejich vlastnosti a připravit kompozitní materiály s nanočásticemi kovů nebo jejich oxidů pro katalytické aplikace. K charakterizaci připravených materiálů budou využity dostupné metody analýzy pevných látek (XRD, XRF, vibrační a UV-Vis spektroskopie, fyzisorpce dusíku, elektronové mikroskopie, aj.). K testování jejich (foto)katalytické účinnosti budou využity vsádkové fotoreaktory a metoda HPLC/DAD. Součástí práce bude literární rešerše o těchto nových materiálech a možnostech jejich použití.
Zásady pro vypracování
Kovové diboridy jsou třídou keramických materiálů s krystalickou strukturou sestávající z šestiúhelníkových vrstev atomů boru střídajících se s rovinami atomů kovů držených pohromadě iontovými/kovalentními vazbami smíšeného charakteru. Tyto materiály vykazují vysokou chemickou stabilitu, vysoké body tání, ale i zajímavou elektrickou a tepelnou vodivost a optické vlastnosti. Příprava jejich kvazi-2D struktur je možná pomocí ultrazvukové delaminace v různých rozpouštědlech. Suspenze těchto 2D nanovrstev může být využita k tvorbě nových kompozitních materiálů pro foto/elektrokatalýzu nebo jiné aplikace.
Cílem práce je připravit vhodné stabilní suspenze vybraných 2D diboridů, popsat jejich vlastnosti a připravit kompozitní materiály s nanočásticemi kovů nebo jejich oxidů pro katalytické aplikace. K charakterizaci připravených materiálů budou využity dostupné metody analýzy pevných látek (XRD, XRF, vibrační a UV-Vis spektroskopie, fyzisorpce dusíku, elektronové mikroskopie, aj.). K testování jejich (foto)katalytické účinnosti budou využity vsádkové fotoreaktory a metoda HPLC/DAD. Součástí práce bude literární rešerše o těchto nových materiálech a možnostech jejich použití.
Seznam doporučené literatury
A. Yousaf, M.S. Gilliam, S.L.Y. Chang et al. Exfoliation of Quasi-Two-Dimensional Nanosheets of Metal Diborides, J. Phys. Chem. C 2021, 125, 12, 6787-6799.
V. Štengl, J. Henych. Strongly luminescent monolayered MoS2 prepared by effective ultrasound exfoliation, Nanoscale 2013, 5, 3387-3394.
A.L. James, M. Lenka, N. Pandey et al. Processable dispersions of photocatalytically active nanosheets derived from titanium diboride: self assembly into hydrogels and paper-like macrostructures, Nanoscale 2020, 12, 17121-17131.
Seznam doporučené literatury
A. Yousaf, M.S. Gilliam, S.L.Y. Chang et al. Exfoliation of Quasi-Two-Dimensional Nanosheets of Metal Diborides, J. Phys. Chem. C 2021, 125, 12, 6787-6799.
V. Štengl, J. Henych. Strongly luminescent monolayered MoS2 prepared by effective ultrasound exfoliation, Nanoscale 2013, 5, 3387-3394.
A.L. James, M. Lenka, N. Pandey et al. Processable dispersions of photocatalytically active nanosheets derived from titanium diboride: self assembly into hydrogels and paper-like macrostructures, Nanoscale 2020, 12, 17121-17131.