V této bakalářské práci je zkoumána syntéza nanoklastrů železa, které jsou produkovány pomocí metody laserové syntézy. Syntetický
přístup spočívá ve zmenšování velikosti železných mikročástic účinkem fototermálního vypařování vyvolaného ozařováním pomocí
nanosekundového pulzního laseru. Energie potřebná k zmenšení velikosti prekurzních částic na průměrnou velikost pod 3 nm je určena teoretickým modelem známým jako model zahřívánítavení-vypařování částic. Měřené prekurzorní koloidy jsou tvořené železnými mikročásticemi s průměrnou velikostí 2 mikrometrů, které jsou rozpuštěné v různých polárních rozpouštědlech (vodě, methanolu, ethanolu, ethylenglykolu a polyethylenglykolu 400) a v kapalném dusíku. Pro hlubší pochopení této techniky je použito dvou různých energií pro ozařování: podprahová a nadprahová hodnota energie
(měnící se v závislosti na kapalném médiu).
Při použití energie nad vypočtenou prahovou hodnotou je možné pozorovat úspěšnou syntézu nanoklastrů železa. V případě, kdy je dipólový moment použitých rozpouštědel větší než hodnota dipólového momentu vody, tak molekuly rozpouštědla obklopí částice, čímž umožní stabilizaci generovaného nanomateriálu bez použití přidaného stabilizačního činidla. K určení a potvrzení očekávaných optických a morfologických vlastností syntetizovaných materiálů je použito optických a elektronových charakterizačních technik strukturní analýzy. Navíc s ohledem na další výjimečné charakteristiky materiálu, které jsou zmiňovány v související literatuře, je plánováno testování katalytických a magnetických vlastností materiálu.
Anotace v angličtině
In the current thesis, the main subject of study is the laser-mediated synthesis of iron nanoclusters. The process consists in reducing the size of iron microparticles by means of a photo-thermal evaporation effect prompted by nanosecond pulsed laser irradiation. The energy required to reduce the precursor element's size under 3 nm is determined by the theoretical model known as the particle heatingmelting-evaporation model. The tested recursor colloid systems consist of iron microparticles with an average size of 2 micrometers dispersed in different polar solvents (water, methanol, ethanol, ethylene glycol and polyethylene glycol 400) and in liquid nitrogen. In order to deeply understand the technique, two different energy value regimes are used: lower and higher energy values than the threshold (depending on the liquid medium). When energy values beyond the calculated threshold are used, it is possible to observe the successful synthesis of iron nanoclusters. Moreover, when the dipole moment of the used solvents is larger than the one found in water, the solvent seems to act as a capping agent enabling the stabilization of the produced nanomaterial without the use of external stabilization agents.
Finally, various optical and electron-based techniques are used to determine that the synthesized materials exhibit the expected optical and morphological properties. On top of, considering the material's outstanding characteristics indicated in the relevant literature, it is planned to test its catalytic activity and magnetic properties in the future.
nanocluster, iron nanoparticle, iron, laser synthesis, pulsed laser, polar solvent, green chemistry
Rozsah průvodní práce
62 s.
Jazyk
AN
Anotace
V této bakalářské práci je zkoumána syntéza nanoklastrů železa, které jsou produkovány pomocí metody laserové syntézy. Syntetický
přístup spočívá ve zmenšování velikosti železných mikročástic účinkem fototermálního vypařování vyvolaného ozařováním pomocí
nanosekundového pulzního laseru. Energie potřebná k zmenšení velikosti prekurzních částic na průměrnou velikost pod 3 nm je určena teoretickým modelem známým jako model zahřívánítavení-vypařování částic. Měřené prekurzorní koloidy jsou tvořené železnými mikročásticemi s průměrnou velikostí 2 mikrometrů, které jsou rozpuštěné v různých polárních rozpouštědlech (vodě, methanolu, ethanolu, ethylenglykolu a polyethylenglykolu 400) a v kapalném dusíku. Pro hlubší pochopení této techniky je použito dvou různých energií pro ozařování: podprahová a nadprahová hodnota energie
(měnící se v závislosti na kapalném médiu).
Při použití energie nad vypočtenou prahovou hodnotou je možné pozorovat úspěšnou syntézu nanoklastrů železa. V případě, kdy je dipólový moment použitých rozpouštědel větší než hodnota dipólového momentu vody, tak molekuly rozpouštědla obklopí částice, čímž umožní stabilizaci generovaného nanomateriálu bez použití přidaného stabilizačního činidla. K určení a potvrzení očekávaných optických a morfologických vlastností syntetizovaných materiálů je použito optických a elektronových charakterizačních technik strukturní analýzy. Navíc s ohledem na další výjimečné charakteristiky materiálu, které jsou zmiňovány v související literatuře, je plánováno testování katalytických a magnetických vlastností materiálu.
Anotace v angličtině
In the current thesis, the main subject of study is the laser-mediated synthesis of iron nanoclusters. The process consists in reducing the size of iron microparticles by means of a photo-thermal evaporation effect prompted by nanosecond pulsed laser irradiation. The energy required to reduce the precursor element's size under 3 nm is determined by the theoretical model known as the particle heatingmelting-evaporation model. The tested recursor colloid systems consist of iron microparticles with an average size of 2 micrometers dispersed in different polar solvents (water, methanol, ethanol, ethylene glycol and polyethylene glycol 400) and in liquid nitrogen. In order to deeply understand the technique, two different energy value regimes are used: lower and higher energy values than the threshold (depending on the liquid medium). When energy values beyond the calculated threshold are used, it is possible to observe the successful synthesis of iron nanoclusters. Moreover, when the dipole moment of the used solvents is larger than the one found in water, the solvent seems to act as a capping agent enabling the stabilization of the produced nanomaterial without the use of external stabilization agents.
Finally, various optical and electron-based techniques are used to determine that the synthesized materials exhibit the expected optical and morphological properties. On top of, considering the material's outstanding characteristics indicated in the relevant literature, it is planned to test its catalytic activity and magnetic properties in the future.
nanocluster, iron nanoparticle, iron, laser synthesis, pulsed laser, polar solvent, green chemistry
Zásady pro vypracování
The general goal of the thesis, is the synthesis of iron nanoclusters for its possible exploitation in the catalysis field, by using laser-mediated size reduction of micro and nanoparticles, an eco-friendly synthesis strategy.
To look for the optimal conditions that lead to the highest productivity rate of iron nanoclusters in terms of time and resources investment, by testing different laser fluences (at 3 different fluence regimens; high, threshold and low, where the threshold energy is going to be determined by means of a modification of the heating-melting-evaporation theory, the high energy will be >> threshold value, and the low energy will be << threshold value), irradiation time, concentration of solid content in the liquid, testing of different fluids, etc.
Test the different physicochemical properties in the recently created advanced nanomaterials, looking for an outstanding behaviour derived from its low size.
Zásady pro vypracování
The general goal of the thesis, is the synthesis of iron nanoclusters for its possible exploitation in the catalysis field, by using laser-mediated size reduction of micro and nanoparticles, an eco-friendly synthesis strategy.
To look for the optimal conditions that lead to the highest productivity rate of iron nanoclusters in terms of time and resources investment, by testing different laser fluences (at 3 different fluence regimens; high, threshold and low, where the threshold energy is going to be determined by means of a modification of the heating-melting-evaporation theory, the high energy will be >> threshold value, and the low energy will be << threshold value), irradiation time, concentration of solid content in the liquid, testing of different fluids, etc.
Test the different physicochemical properties in the recently created advanced nanomaterials, looking for an outstanding behaviour derived from its low size.
Seznam doporučené literatury
ZHANG, Dongshi; GOKCE, Bilal; BARCIKOWSKI, Stephan. Laser synthesis and processing of colloids: fundamentals and applications. Chemical reviews, 2017, 117.5: 3990-4103.
JIN, Rongchao, et al. Atomically precise colloidal metal nanoclusters and nanoparticles: Fundamentals and opportunities. Chemical reviews, 2016, 116.18: 10346-10413.
PYATENKO, Alexander, et al. Mechanism of pulse laser interaction with colloidal nanoparticles. Laser & Photonics Reviews, 2013, 7.4: 596-604.
BARCIKOWSKI, Stephan, et al. Handbook of laser synthesis of colloids. Universität Duisburg-Essen, 2016.
ANTONY, Jiji, et al. Synthesis and characterization of stable iron-iron oxide core-shell nanoclusters for environmental applications. Journal of nanoscience and nanotechnology, 2006, 6.2: 568-572.
FARRELL, Dorothy; MAJETICH, Sara A.; WILCOXON, Jess P. Preparation and characterization of monodisperse Fe nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107.40: 11022-11030.
FRACASSO, Giulio, et al. Nanoaggregates of iron poly-oxo-clusters obtained by laser ablation in aqueous solution of phosphonates. Journal of colloid and interface science, 2018, 522: 208-216.
Seznam doporučené literatury
ZHANG, Dongshi; GOKCE, Bilal; BARCIKOWSKI, Stephan. Laser synthesis and processing of colloids: fundamentals and applications. Chemical reviews, 2017, 117.5: 3990-4103.
JIN, Rongchao, et al. Atomically precise colloidal metal nanoclusters and nanoparticles: Fundamentals and opportunities. Chemical reviews, 2016, 116.18: 10346-10413.
PYATENKO, Alexander, et al. Mechanism of pulse laser interaction with colloidal nanoparticles. Laser & Photonics Reviews, 2013, 7.4: 596-604.
BARCIKOWSKI, Stephan, et al. Handbook of laser synthesis of colloids. Universität Duisburg-Essen, 2016.
ANTONY, Jiji, et al. Synthesis and characterization of stable iron-iron oxide core-shell nanoclusters for environmental applications. Journal of nanoscience and nanotechnology, 2006, 6.2: 568-572.
FARRELL, Dorothy; MAJETICH, Sara A.; WILCOXON, Jess P. Preparation and characterization of monodisperse Fe nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107.40: 11022-11030.
FRACASSO, Giulio, et al. Nanoaggregates of iron poly-oxo-clusters obtained by laser ablation in aqueous solution of phosphonates. Journal of colloid and interface science, 2018, 522: 208-216.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.