Chemie

Chemie je mocná čarodějka

Co se naučíte

Cílem doktorského studijního programu Chemie je příprava vysoce kvalifikovaných odborníků v pěti studijních specializacích - analytické, anorganické, fyzikální, materiálové a organické chemii. Příprava doktorandů probíhá na Ústavu chemie Př. f. a je založená na vědeckém bádání a samostatné tvůrčí činnosti ve vybraném oboru a oblasti výzkumu nebo vývoje. Hlavní tématické okruhy vědeckého bádání jsou pro jednotlivé specializace:

Analytická chemie

Vývoj metodologie a instrumentace v oblasti spektrometrie a analytické separace.

Instrumentální analýza anorganických, organických a biologických vzorků.

Analytické aplikace a charakterizace nanomateriálů.

Anorganická chemie

Syntéza a charakterizace vlastností komplexních sloučenin kovů a koordinačních polymerů

Syntéza organokovových sloučenin a studium jejich struktury a vlastností

Syntéza molekulárních sloučenin jako prekurzorů pro nové materiály

Fyzikální chemie

Fyzikálně chemická charakterizace látek a materiálů - studium jejich vlastností moderními metodami výzkumu

Aplikace metod kvantové chemie na problémy struktury, reaktivity a molekulové spektroskopie

Charakterizace a studium biomolekul moderními spektrálními a elektrochemickými metodami

Materiálová chemie

Chemická syntéza nanočástic kovů a oxidů

Fázové rovnováhy a transformace materiálů

Kvantově chemické výpočty v materiálové chemii

Organická chemie

Moderní přístupy v syntetické a medicinální chemii zaměřené na přípravu nových organických molekul s cílenou biologickou aktivitou

Mechanistická organická chemie a fotochemie

Syntéza makrocyklických sloučenin a studium jejich supramolekulárních vlastností

Práce doktoranda pod vedením příslušného školitele je zaměřená buď na samostatnou a tvůrčí experimentální nebo teoretickou činnost. Studium je založeno na hlubokých teoretických znalostech celé disciplíny chemie, které student získává absolvováním povinně volitelných předmětů, doplněných nejnovějšími poznatky ze studované oblasti jak experimentálních technik, tak nových metod, které získává studiem volitelných předmětů. Doktorand se učí kriticky vyhodnocovat poznatky z literatury a informovat o nich, stejně jako o svých výsledcích, odbornou veřejnost prostřednictvím seminářů. Pedagogické zkušenosti získává při pomoci ve výukovém procesu studentů bakalářského či magisterského studia. Cílem studia je i získání širšího vědeckého rozhledu, mezinárodních zkušeností a jazykových dovedností, které je umožněno pobyty na partnerských domácích i zahraničních pracovištích a aktivní účastí na národních a především mezinárodních vědeckých konferencích. V průběhu studia se studenti naučí sepisovat publikace v anglickém jazyce. Metou studia je dosáhnout významných vědeckých poznatků schopných publikace v renomovaných odborných časopisech a nakonec tyto shrnout v podobě doktorské disertační práce. Absolventi studia by měli být připraveni především na další vědecké kariéry v akademických institucích, ale také na možné uplatnění ve firmách disponujících výzkumným zázemím, ve zdravotnických zařízeních a státních institucích.

Praxe

Dle nařízení vlády mají studenti povinnost absolvovat zahraniční stáž minimálně v rozsahu jednoho měsíce. V rámci programu Chemie je doporučenou formou semestrální stáž.

Chcete vědět víc?

http://ustavchemie.sci.muni.cz/

Uplatnění absolventů

Absolventi programu Chemie se dle své specializace uplatňují na pracovištích vysokých škol, v ústavech Akademie věd, ve výzkumných ústavech a provozních a kontrolních laboratořích v soukromých firmách a státních institucích. Další oblasti uplatnění jsou zejména chemický, farmaceutický, elektronický a potravinářský průmysl, laboratoře v oblasti ochrany životního prostředí, zdravotnictví, zemědělství a biotechnologií. Uplatnění nalézají i ve sféře vývoje a výroby přístrojů jakož i jejich kvalifikovaného prodeje a servisu. Absolventi jsou flexibilní a dovedou se přizpůsobit požadavkům ostatních pracovišť s chemickým zaměřením, jsou připraveni nejen na profesionální působení ve své specializaci, ale široké vzdělání jim umožňuje i snadnou adaptaci k působení v jiném oboru. Prací v badatelském týmu a získáváním zkušeností při pedagogické pomoci v bakalářském a magisterském studiu si absolventi rovněž rozvíjejí schopnost vést své mladší kolegy. Tím získávají další nepostradatelné zkušenosti pro uplatnění v profesní roli vedoucího pracovníka. Jazykové znalosti, zahraniční kontakty a studijní pobyty umožní absolventovi nalézt uplatnění i na špičkových zahraničních pracovištích.

Podmínky přijetí

Údaje z předchozího přijímacího řízení (přihlášky 1. 1. – 30. 4. 2020)

Přijímací zkouška je bodově hodnocena a uchazeč musí pro přijetí získat 120 bodů z 200: 1. odborné znalosti - 60 bodů ze 100 2. jazykové znalosti – angličtina - 60 bodů ze 100

Kritéria hodnocení

Žádné informace nejsou k dispozici

Možnosti studia

Jednooborové studium se specializací

V rámci jednooborového studia má student možnost prohloubit si vědomosti v konkrétním zaměření daného studijního programu, specializaci si vybírá jednu. Název specializace pak bude uveden i na vysokoškolském diplomu.

Školitelé a výzkumná zaměření dizertačních prací

Školitelé

Součástí přihlášky je jméno předpokládaného školitele. Školitele si vyhledejte podle profilového zaměření ze seznamu školitelů a konzultujte s ním jeho potenciální školitelství a návrh projektu.

Výzkumná zaměření dizertačních prací

Specializace: Analytická chemie

Applications of nanoparticles in mass spectrometry

Školitel: prof. Mgr. Jan Preisler, Ph.D.

OBJECTIVES: Use metal nanoparticles as labels for sensitive mass spectrometry detection. The method allows detection of a single molecule on a tissue section or another suitable substrate.

EXAMPLES of doctoral projects:

- Development of sample preparation protocol for specific detection of selected markers on sections of 3D cell aggregates, other tissues and substrates.

- Optimization of specific labelling with nanoparticles. The specificity will be based on antibody-antigen and avidin-biotin interactions, aptamer bindings, nucleic acid pairing etc.

- Development of nanoparticle detection schemes using inductively coupled plasma (ICP) and laser desorption/ionization (LDI) techniques.

- Study of nanoparticle transport efficiency in ICP MS. Confocal fluorescence or electron microscopy will be used as a reference method.

MORE INFORMATION: bart.chemi.muni.cz
Kovové komplexy makrocyklických ligandů

Školitel: prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.

OBJECTIVES: These complexes are widely used in medicinal chemistry for diagnostic and therapeutic purposes (e.g. PET/SPECT, MRI, radiotherapy, etc.) and therefore they should exhibit high thermodynamic stability and kinetic inertness for possible in vivo utilization. Some newly prepared macrocyclic ligands and their metal complexes are studied from thermodynamic, kinetic and spectroscopic point of view in order to optimize the structural design of ligands for given purposes. The research is carried out in framework of COST CA18202 Action (2019-2023).

EXAMPLES of doctoral projects:
* Thermodynamic and kinetic study of new macrocyclic ligands with chosen metal ions as models for radioisotope labelling
* Metal complexes mimicking enzyme activity
* Metal complexes as chemical sensors
* Development of new analytical methods for analysis of new chelating ligands and their metal complexes - collaboration with industrial partners
Mass spectrometry imaging

Školitel: prof. Mgr. Jan Preisler, Ph.D.

OBJECTIVES: The dissertation projects focus on matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging (MALDI MSI) for visualization of spatial distribution of biologically important compounds without chemical labelling.

EXAMPLES of doctoral projects:

- Development of sample preparation protocols for MALDI MSI. Samples may include 3D cell aggregates or other biological tissues.

- MALDI MSI of perifosine and other antitumor agents in 3D cell aggregates.

- Optimization of reactions on tissue sections. The aim will be, e.g., determination of double bond position in fatty acid chains in lipids.

MORE INFORMATION: bart.chemi.muni.cz
Nástroje se schopností rozeznávání biomolekul pro zobrazování proteinů v tkáních

Školitel: Mgr. Tomáš Vaculovič, Ph.D.

Development of methods based on:

a) labelling of antibodies by nanoparticles
b) preparation of molecularly imprinted polymers (MIP)

and their application for imaging of proteins in soft tissues.

Pavel Kubáň - Vývoj a aplikace nových mikroextrakčních technik v analýze komplexních vzorků

Školitel: RNDr. Pavel Kubáň, DSc.

Experimentální část práce bude zahrnovat vývoj nových mikroextrakčních technik, které jsou založeny na selektivních přechodech analytů přes semi-permeabilní fázová rozhraní [1,2]. Při přechodu analytů bude využito difuze [1] nebo bude přechod urychlen účinkem elektrického pole [2]. Výsledné mikroextrakční techniky budou spojeny off-line nebo in-line s vhodnými analytickými metodami (primárně s kapilární elektroforézou) a adekvátnost takového spojení bude demonstrována analýzami biologicky, klinicky a toxikologicky významných analytů v reálných komplexních vzorcích jako je moč, krevní sérum/plasma a plná krev. [1] Kubáň, P., Boček, P., J. Chromatogr. A 1234 (2012) 2-8. [2] Kubáň, P., Šlampová, A., Boček, P., Electrophoresis 31 (2010) 768-785.

Spektroskopie laserem buzeného plazmatu - vývoj metod pro rychlé prvkové mapování

Školitel: doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

Vývoj metod pro sledování prostorové distribuce prvků v různých materiálech na principu spektroskopie laserem buzeného plazmatu. Vývoj a optimalizace konfigurace a experimentálních parametrů sestavy na signál. Použití pokročilých chemmometrických postupů pro vyhodnocení naměřených dat.

Vysoká separační účinnost + vysoká citlivost = CE-ICP-MS

Školitel: Mgr. Tomáš Vaculovič, Ph.D.

Development of conection of capillary electrophoresis with ICP. Application for analysis of nanoparticles.

Využití metody LA-ICP-MS pro analýzu geologických vzorků.

Školitel: Mgr. Markéta Holá, Ph.D.

Práce se týká následujích témat:

  • bodová lokální analýza minerálů
  • plošné mapování vzorků pro zjištění distribuce prvků
  • datování minerálů
  • využití instrumentace LA 193 nm a 213 nm, kvadrupólový ICP-MS a sektorový ICP-MS

Využití nanočástic v analytické chemii

Školitel: prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D.

OBJECTIVES: Nanoparticles are widely employed in all branches of Chemistry. The project will be focused on the synthesis of some tailored nanoparticles and their application in development of new analytical techniques for sensitive determination of biologically important molecules.

EXAMPLES of doctoral projects:
* Surface enhanced molecular spectroscopy (e.g. Raman/fluorescence/CD spectroscopy) of NP’s modified for determination of chosen analytes
* Development of new optical sensors and sensor arrays based on NP’s
Vývoj metod spektroskopie laserem buzeného plazmatu pro detekci nanočásticemi značených biomolekul

Školitel: doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

Vývoj technik umožňující selektivní detekci biomolekul značených kovovými nanočásticemi pomocí spektroskopie laserem buzeného plazmatu. Vývoj metod pro rychlou detekci biomolekul s vysokým prostorovým rozlišením a citlivostí.

Specializace: Anorganická chemie

Metaloorganické sítě a supramolekulární systémy

Školitel: doc. Mgr. Marek Nečas, Ph.D.

The research is focused on the synthesis of new polytopic ligands and their utilization in the construction of functional coordination polymers (porous, luminescent). The attention is given to robust architectures of MOFs, which can be exploited as matrices for crystallization of small molecules (crystalline sponges). Another line of research includes the search for a functional connection between metal complexes and organic macrocycles and molecular clips. Using a rotating anode dual-wavelength X-ray diffractometer, we are able to determine structures even of very tiny crystals and of very complex systems with large unit cells.

Ruthenium and platinum coordination compounds for novel antitumor therapies

Školitel: prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.

Many transition-metal complexes are known to be biologically active. This applies particularly to coordination compounds containing platinum represented by clinical drugs cisplatin, carboplatin, and oxaliplatin. Highly promising compounds with antimetastatic potential contain ruthenium active core. We are working on the development of novel ruthenium and platinum coordination compounds containing anchors designed for binding with macrocyclic carriers from the family of cyclodextrins, cucurbiturils or calixarenes.
This project includes the synthesis of a series of mono and multinuclear, homo and heteroleptic metallocomplexes containing mono or polydentate ligands possessing hard or soft donor atoms. The molecular and supramolecular structures of compounds are characterized by using modern methods of NMR spectroscopy, ESI-MS, and ITC. Automatic crystallization robotics together with advanced crystallization techniques are employed to grow monocrystals and to reveal further structural details of complexes in the solid state by X-ray diffraction.
References:
1) Sojka, M.; Fojtu, M.; Fialova, J.; Masarik, M.; Necas, M.; Marek, R. Locked and Loaded: Ruthenium(II)-Capped Cucurbit[n]Uril-Based Rotaxanes with Antimetastatic Properties. Inorg. Chem. 2019, 58 (16), 10861-10870. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b01203.
2) Chyba, J.; Novák, M.; Munzarová, P.; Novotný, J.; Marek, R. Through-Space Paramagnetic NMR Effects in Host-Guest Complexes: Potential Ruthenium(III) Metallodrugs with Macrocyclic Carriers. Inorg. Chem. 2018, 57 (15), 8735-8747. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b03233.
3) Szymański, M.; Wierzbicki, M.; Gilski, M.; Jędrzejewska, H.; Sztylko, M.; Cmoch, P.; Shkurenko, A.; Jaskólski, M.; Szumna, A. Mechanochemical Encapsulation of Fullerenes in Peptidic Containers Prepared by Dynamic Chiral Self-Sorting and Self-Assembly. Chemistry - A European Journal 2016, 22 (9), 3148-3155. https://doi.org/10.1002/chem.201504451.
Syntéza nových molekulárních systémů

Školitel: prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.

OBJECTIVES: These dissertation projects will focus on the synthesis of new homometallic and heterometallic molecular and polymeric phosphonate complexes, their structural characterization, investigation of their magnetic properties, and reactivity. Also alumazene reactivity will be examined in addition and substitution reactions.

EXAMPLES of potential student doctoral projects:

- Synthesis of polynuclear molecular precursors of metal phosphates and silicates

- Synthesis of metallophosphonate molecular and polymeric complexes of 3d and 4f metals

- Studies of alumazene addition and substitution reactions

PLEASE NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact Prof. Jiri Pinkas (jpinkas@chemi.muni.cz) for informal discussion.

Specializace: Fyzikální chemie

Kvantově mechanické a/nebo termodynamické modelování v kovových materiálech

Školitel: doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.

Jedním z možných předmětů práce je počítačové modelování elektronové struktury a stability vybraných fází pomocí metody FLAPW (Full-potential Linearized Augmented Plane Wave) nebo pseudopotenciálového kódu VASP (Vienna Ab initio Simulation Package). Získané informace o elektronové struktuře, energetických, magnetických a mechanických vlastnostech studovaného materiálu budou následně rozšířeny o studium poruch krystalové mříže a jejich vlivu na stabilitu a vlastnosti materiálů. Aktuálně řešené problémy se týkají stability nanokompozitů, hranic zrn a fázových rozhraní.

Kromě kvantově mechanického modelování je též možné se zabývat semiempirickým termodynamickým modelování fázových rovnovah a fázových diagramů pomocí metody CALPHAD (Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry). Toto studium je zaměřeno na systémy obsahující intermetalické fáze, neboť tyto struktury vykazují specifické vlastnosti, které významným způsobem ovlivňují chování technologicky významných materiálů. Na základě znalosti stability intermetalických fází v závislosti na teplotě a složení bude možné předvídat chování studovaných systémů.

Informace o tvorných teplech vybraných fází vzhledem k standardním stavům čistých složek potřebné pro modelování pomocí metody CALPHAD je možné získat z kvantově-mechanických výpočtů, a proto je možné se v disertační práci věnovat oběma typům výpočtů.

Pro studium bude vybrána modelová kovová soustava.
Molekulární elektrochemie biologicky významných látek

Školitel: prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc.

Understanding the chemistry of nitrogen bases, nucleosides and their phosphates, oligo- and polynucleotides (or even nucleic acids or regions thereof) is crucial for a number of important applications ranging from diagnostics to targeted drug development. Within the scope of the presented topic, systematic research of structural series of these compounds will be performed by electrochemical methods (voltammetry, RDE,EIS) in combination with independent approaches - spectrometric (UV-VIS, EPR, NMR, spectro-electrochemistry) and theoretical methods (quantum mechanical calculations – cooperation with Prague, JH Institute of Physical Chemistry). In particular, the aim is to understand (and model) the reaction mechanisms of the compounds and to determine the relationship between structure, redox properties and biological effect.

EXAMPLES of possible research student projects:

  • development of cheap unmodified and modified sensors (pencil graphite leads, compact disc - trodes, screen printed electrodes);
  • development of perspective electroanalytical methods, e.g., elimination voltammetry;
  • determination of proteins (e.g., insulin, trombin) by electro-catalyzing metal nanoparticles;
  • study of the structure-electrochemical activity of biomolecules (effect of methylation).
  • OTHER useful information: LABIFEL - Laboratoře biofyzikální chemie a elektrochemie - https://www.sci.muni.cz/labifel/

    Paramagnetic NMR spectroscopy assisted by DFT calculations: Supramolecular metallocomplexes

    Školitel: prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.

    Development of novel coordination compounds of transition metals is stimulated by their broad applications in chemical catalysis, material science, and medical treatment or diagnosis. Understanding their chemical properties (stability, reactivity, formation of host-guest complexes) requires their molecular and electronic structure to be known. We use modern methods of NMR spectroscopy to investigate the above-mentioned systems in detail.
    The presence of heavy metal atoms, open-shell character, conformational flexibility, and supramolecular interactions with binding partner must be carefully considered. Thus, the interpretation of NMR experiments requires synergy with various computational tools of quantum chemistry and molecular modelling. The general goal of this study is to apply developed methodology for the structure characterization of new metallocomplexes associated with various cavitands.
    Selected references:
    1) Novotny, J; Sojka, M; Komorovsky, S; Necas, M; Marek, R, 2016: Interpreting the Paramagnetic NMR Spectra of Potential Ru(III) Metallodrugs: Synergy between Experiment and Relativistic DFT Calculations. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 138(27), p. 8432-8445, DOI: 10.1021/jacs.6b02749.
    2) Chyba, J; Novak, M; Munzarova, P; Novotny, J; Marek, R, 2018: Through-Space Paramagnetic NMR Effects in Host-Guest Complexes: Potential Ruthenium(III) Metallodrugs with Macrocyclic Carriers. INORGANIC CHEMISTRY 57(15), p. 8735-8747, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b03233.
    3) Novotny, J; Prichystal, D; Sojka, M; Komorovsky, S; Necas, M; Marek, R, 2018: Hyperfine Effects in Ligand NMR: Paramagnetic Ru(III) Complexes with 3-Substituted Pyridines. INORGANIC CHEMISTRY 57(2), p. 641-652, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02440.
    4) Jeremias, L; Novotny, J; Repisky, M; Komorovsky, S; Marek, R, 2018: Interplay of Through-Bond Hyperfine and Substituent Effects on the NMR Chemical Shifts in Ru(III) Complexes. INORGANIC CHEMISTRY 57(15), p. 8748-8759, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00073.
    5) Bora, PL; Novotny, J; Ruud, K; Komorovsky, S; Marek, R, 2019: Electron-Spin Structure and Metal-Ligand Bonding in Open-Shell Systems from Relativistic EPR and NMR: A Case Study of Square-Planar Iridium Catalysts. JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION 15(1), p. 201-214, DOI: 10.1021/acs.jctc.8b00914.
    Spektroskopie a mikroskopie látek na ledu

    Školitel: doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D.

    Compounds on ice: Ice and snow, the solid forms of water, are very interesting reaction media. Organic compounds are mostly expelled from the inside to the surface of ice and to the veins between ice crystals. We study the compounds in these compartments by absorption, emission, microscopy, and reactivity. These compartments differ from the original solution: the concentration of impurities increases, and the amount of available protons changes. Electrical potential is created on the interface between ice and the solution during freezing. The above facts strongly affect the frozen compounds, whether in natural or human-induced freezing. We investigate the spectroscopy, speciation and compartmentation of compounds on ice to describe ice - compounds interactions.

    Spojení termické analýzy a Knudsenovy efúzní hmotnostní spektrometrie pro studium pevných látek

    Školitel: doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D.

    OBJECTIVES: The work will be aimed at research in the field of solid matters, such as e.g. metals, alloys, nanoparticles, nanostructured materials and others via combination of thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry. The research will include study of thermodynamic properties and study of phase equilibria, such as phase transformation temperatures, heats of sublimation, thermal stability etc. As the properties are closely related to a phase structure of a given system under study, a complementary experimental and theoretical study of phase properties and phase equilibria via methods of electron microscopy and CALPHAD approach for phase equilibria and phase diagram calculations will be conducted.

    EXAMPLES of possible research student projects:

  • Study of thermodynamic properties of selected solid systems
  • Study of heat of sublimation of selected solid systems
  • Study of thermal stability and surface effects on nanoparticles
  • Study of catalytic properties of selected nanoparticles
  • OTHER useful information:

  • Laboratory of thermal analysis and KEMS
  • Laboratory of nanoparticle synthesis
  • Research group of thermodynamic modelling of materials
  • PLEASE NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact doc. Pavel Broz (broz@chemi.muni.cz) for informal discussion.
    Studium Diels-Alderových reakcí metodami kvantové chemie

    Školitel: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.

    Úkolem doktoranda bude prozkoumat povrch potenciální energie vybraných organických elektrocyklizačních reakcí metodou funkcionálu hustoty. Konečným cílem tohoto tématu je - na základě strutur a energií nalezených lokálních minim a tranzitních stavů - pochopit vlivy substituentů na stereochemické chování Diels-Alderových reakcí, vedoucích ke vzniku vybraných enedionů. Téma bude vedeno ve spolupráci s experimentální skupinou organické syntézy na Ústavu chemie PřF (Doc. Kamil Paruch, Dr. Jakub Švenda a Dr. Lukáš Maier).

    Specializace: Materiálová chemie

    Experimentální a teoretické studium pokročilých funkčních kovových materiálů

    Školitel: doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D.

    OBJECTIVES: The work will be aimed at research in the field of advanced metal materials in various key areas such as thermoelectrics, hard and heat resistant alloys, lead free solders, nanoparticles, nanostructures and others. Experimental work will include preparation, characterisation and investigation of the materials properties as e.g. structure, thermal and phase properties, phase transformations etc. As the main methods, thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry will be used. As complementary tools, methods of optical and electron microscopy will be utilized. Theoretical work will concern phase equilibria and phase diagram calculations based on semiempirical CALPHAD method, connected closely with the use of available ab-initio calculated energies of formation of phases.

    EXAMPLES of possible research student projects:

  • Experimental and theoretical study of systems for perspective thermoelectric materials
  • Study of model systems for hard and heat resistant materials and thermodynamic description of phase equilibria
  • Study of thermodynamic behaviour and thermal stability of metal nanoparticles
  • Experimental and theoretical study of lead free-solder systems for high temperature application
  • OTHER useful information:

  • Laboratory of thermal analysis and KEMS
  • Research group of thermodynamic modelling of materials
  • PLEASE NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact doc. Pavel Broz (broz@chemi.muni.cz) for informal discussion.
    Kvantově mechanické a/nebo termodynamické modelování v kovových materiálech

    Školitel: doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.

    Jedním z možných předmětů práce je počítačové modelování elektronové struktury a stability vybraných fází pomocí metody FLAPW (Full-potential Linearized Augmented Plane Wave) nebo pseudopotenciálového kódu VASP (Vienna Ab initio Simulation Package). Získané informace o elektronové struktuře, energetických, magnetických a mechanických vlastnostech studovaného materiálu budou následně rozšířeny o studium poruch krystalové mříže a jejich vlivu na stabilitu a vlastnosti materiálů. Aktuálně řešené problémy se týkají stability nanokompozitů, hranic zrn a fázových rozhraní.

    Kromě kvantově mechanického modelování je též možné se zabývat semiempirickým termodynamickým modelování fázových rovnovah a fázových diagramů pomocí metody CALPHAD (Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry). Toto studium je zaměřeno na systémy obsahující intermetalické fáze, neboť tyto struktury vykazují specifické vlastnosti, které významným způsobem ovlivňují chování technologicky významných materiálů. Na základě znalosti stability intermetalických fází v závislosti na teplotě a složení bude možné předvídat chování studovaných systémů.

    Informace o tvorných teplech vybraných fází vzhledem k standardním stavům čistých složek potřebné pro modelování pomocí metody CALPHAD je možné získat z kvantově-mechanických výpočtů, a proto je možné se v disertační práci věnovat oběma typům výpočtů.

    Pro studium bude vybrána modelová kovová soustava.
    Porézní křemičitany kovů (M = Al, Sn, Zr, Ta) a jejich katalytická aktivita

    Školitel: Mgr. Aleš Stýskalík, Ph.D.

    OBJECTIVES: These dissertation projects will explore new routes to porous materials based on metallosilicates. The synthetic procedures will be based on non-hydrolytic sol-gel reactions. Developed procedures will be optimized with respect to maximizing surface area and pore volume and controlling chemical composition and catalytic activity in topical catalytic reactions (e.g. ethanol dehydration, ethanol to butadiene conversion, etc.).
    EXAMPLES of potential student doctoral projects:

    • Synthesis of aluminosilicates for ethanol dehydration
    • Synthesis of metallosilicates for conversion of ethanol to 1,3-butadiene
    • Synthesis of metal nanoparticles deposited on porous supports for ethanol dehydrogenation
    • Synthesis of silicophosphates for ethanol dehydration


    Further information at:
    https://matchem.sci.muni.cz/laboratore/laborator-syntezy-materialu-a-jejich-prekurzoru-lamps

    Syntéza porézních materiálů nehydrolytickými sol-gelovými metodami

    Školitel: prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.

    OBJECTIVES: These dissertation projects will explore new routes to porous materials based on metal oxides, silicates, phosphates and phosphonates, as well as hybrid inorganic-organic materials. The synthetic procedures will be based on non-hydrolytic sol-gel reactions. Developed procedures will be optimized with respect to maximizing surface area and pore volume and controlling chemical composition, surface functionalities, and pore size. The reactions will be also directed towards obtaining aerogels by specific drying techniques.

    EXAMPLES of potential student doctoral projects:

    - Synthesis of aluminophosphates and phosphonates by non-hydrolytic sol-gel methods

    - Synthesis of inorganic porous matrices

    - Synthesis of hybrid materials with high porosity

    - Preparation of calcium phosphates by nonhydrolytic methods

    - Synthesis of inorganic materials by electrospinning

    Further information at:

    https://matchem.sci.muni.cz/laboratore/laborator-syntezy-materialu-a-jejich-prekurzoru-lamps

    PLEASE NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact Prof. Jiri Pinkas (jpinkas@chemi.muni.cz) for informal discussion.

    Výzkum pokročilých a nanostrukturovaných materiálů

    Školitel: prof. RNDr. Jiří Sopoušek, CSc.

    OBJECTIVES: The aim of the research is experimental and theoretical study of nanostructured materials as nanoparticles, nanocomposites, etc. The main issue is laboratory preparation of promising materials complemented by their characterization and application studies. Important is also the studies of phase diagrams and phase transformations. The experiment can be connected with thermodynamic modelling of equilibrium states (CALPHAD method) and simulation of diffusion-controlled processes in materials. Materials under view are prepared mainly by methods of chemical synthesis. The aim is to synthesize new materials with high utility properties, functionalised nanostructures, and nanoparticles with properties enabling the introducing of new technologies (thermoelectrics, catalysis, sensors, diagnostics...).

    EXAMPLES of student doctoral projects:

  • Thermodynamic assessment of the M-X-… chalcogenide system suitable for thermoelectric applications
  • Diffusion controlled phase transformations occurred in bimetallic M-N core-shell nanoparticles and their use in catalysis
  • The study of phase transformations of Me-X NPs by simultaneous thermal analysis.
  • Phase diagram calculations of M-X nanoparticles applied for hydrogen evolution.
  • Solvothermal synthesis of M-N Janus alloy nanoparticles
  • Microemulsion synthesis of sulphides of transition metals
  • The selection of materials to explore depends on the current grant support. However, a doctoral candidate proposal may be taken into account if the proposal is of significant scientific or application benefit and its realization is ensured.

    More about research can be found on the websites:

  • Laboratory of nanoparticle synthesis
  • Laboratory of thermal analysis and KEMS
  • Research group of thermodynamic modelling of materials
  • PLEASE NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact prof. Jiri Sopousek (sopousek@mail.muni.cz) for informal discussion.

    Specializace: Organická chemie

    Development of Smart Molecular Capsules

    Školitel: prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.

    Low solubility, biostability, and inefficient targeting of otherwise highly promising active pharmaceutical ingredients are often the limiting factors for their final approval for clinical use. We are developing a methodology to suppress these deficiencies by introducing a novel family of biocompatible macrocyclic carriers. The work consists of three main tasks: 1) the synthesis of covalent molecular capsules, 2) using these in analytical studies of their supramolecular host-guest interactions with selected drug candidates, and 3) carrying out further synthetic modifications of the capsules in order to fine-tune their affinity, activity, targeting, and release of drugs, which are based on results of complementary biological studies.

    Fotochemické prostředky pro cílené uvolňování a diagnostiku biologicky relevantních molekul

    Školitel: prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.

    Our group focuses on the development and photophysical studies of novel photochemically active compounds and fluorophores, emphasizing the use of photochemistry to solve some interdisciplinary problems in chemistry, biology, physics, and environmental sciences. The prospective student will use organic synthesis and physico-chemical tools in the course of his/her studies. The (photo)reaction mechanisms will be investigated using state-of-the-art techniques, such as nanosecond laser flash or femtosecond pump-and-probe spectroscopies.

    Web page: https://photochem.sci.muni.cz/

    Identifikace inhibitorů vybraných proteinových kináz

    Školitel: doc. Mgr. Kamil Paruch, Ph.D.

    Student navrhne a provede syntézu nových organických sloučenin - potenciálních inhibitorů vybraných proteinových kináz. Nově připravené sloučeniny budou následně testovány ve spolupráci s interními a externími biologickými pracovišti.

    Syntéza makrocyklických receptorů aniontů a jejich využití v supramolekulární chemii

    Školitel: prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D.

    In 2010, our group discovered a new family of macrocyclic receptors, bambusurils. These macrocycles are priced for their ability to bind inorganic and organic anions in water and organic solvents. The PhD topic are aimed to develop synthesis of more complex bambusuril derivatives which can be used for applications including anion sensing, anion transmembrane transport, and development of molecular machine. More about research of our group can be found on the group website: Supramolecular chemistry group

    Informace o studiu

    Zajišťuje Přírodovědecká fakulta
    Typ studia doktorský
    Forma prezenční ano
    kombinovaná ano
    Možnosti studia jednooborově ne
    jednooborově se specializací ano
    v kombinaci s jiným programem ne
    Doba studia 4 roky
    Vyučovací jazyk čeština
    Oborová rada a oborové komise

    Váháte?
    Máte otázku?

    Nechte si poradit v diskusním fóru Masarykovy univerzity

    Diskusní fórum MUNI


    Nebo nám pošlete e-mail

    prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.

    Konzultant programu

    e‑mail: