Funkcionalizace Pt-dopovaných vrstev oxidu ceru s bio- a organickými molekulami

Rychlý pokrok nanotechnologií v oblasti bioaplikací a organické elektroniky přináší potřebu propojit bio- nebo organické molekuly s anorganickými materiály. Nanosvět předpokládá použití minimálního množství molekul i substrátu, takže vytvořené rozhraní hraje klíčovou roli ve fyzikálně chemických vlastnostech systému. Chemická funkcionalizace povrchů oxidů kovů kovalentním připojením molekul je jednou z nejběžnějších strategií syntézy nových materiálů pro nanotechnologie.

V této práci jsou navrženy vrstvy oxidu ceru dopované platinou jako komplexní biokompatibilní a netoxický systém s vynikajícími katalytickými vlastnostmi. Samotný oxid ceričitý je aktivním nosičem pro katalytické kovy, organické molekuly nebo biomolekuly. Platina hraje klíčovou roli v mnoha katalytických a elektrokatalytických systémech a má také širokou škálu antioxidačních vlastností. Oxid ceričitý dopovany platinou má mnoho potenciálních výhod, ale znalosti účinku kombinovaného použití Pt a CeO₂ s bio- a organickými molekulami jsou velmi omezené. Taurin, histidin a lysin patří mezi biomolekuly, kterými lze obecně modelovat organicke molekuly se sulfonátovými a karboxylátovými spojovacími skupinami, zatímco ciliatin je příkladem molekuly s fosfonátovou spojovací skupinou.

Polykrystalické tenké vrstvy CeO₂ budou připraveny technikou magnetronového naprašování. Tato metoda přípravy umožnuje také přímo dopovat substrát malým množstvím platiny a cíleně vytvořit její jednotlivé atomy nebo klastry buď adsorbované na povrch oxidu nebo zabudované do krystalové mřížky oxidu. Morfologie vrstev bude analyzována rastrovací či transmisní elektronovou mikroskopií a také mikroskopií atomárních sil. Budeme zkoumat funkcionalizaci CeO₂ výše uvedenými malými modelovými molekulami, které na rozdíl od objemných polymerů umožňují chemické interakce povrchu oxidu s okolním prostředím. Molekuly budou deponovány v ultravysokém vakuu nebo z roztoků. Ke studiu způsobu, jakým se molekuly vážou na povrch oxidu, budou následně použity fotoelektronové povrchové techniky, včetně rentgenové fotoelektronové spektroskopie v ultra vysokém vakuu nebo v tlaku blízkém atmosférickému. Bude objasněna úloha Pt ve vazbě molekul na povrch. Hlavnim cilem je vývoj strategií povrchové funkcionalizace oxidu ceričitého v nanostrukturované formě pro bio- a organické aplikace.

Literatura

1. Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy, D. Briggs, J. T. Grant, IMPublications, Chichester, UK and SurfaceSpectra, Manchester, UK, 2003, ISBN: 1‐901019‐04‐7.
2. Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, London, UK, 2002, ISBN: 978-1-86094-299-0.
3. P. Pujari, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 53 (2014) 6322, DOI: 10.1002/anie.201306709
4. Tsud et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (2015) 2770, DOI: 10.1039/c4cp03780d
5. Matolin et al., Langmuir 26 (2010) 12824, DOI: 10.1021/la100399t
6. Fan et al., ACS Nano 15 (2021) 2005, DOI: 10.1021/acsnano.0c06962
7. Ma et al., ACS Sustainable Chem. Eng. 11 (2023) 6163, DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06682
8. S. Lord et al., Small 17 (2021) 2102342, DOI: 10.1002/smll.202102342
9. Moglianetti et al., Nanoscale 8 (2016) 3739, DOI: 10.1039/c5nr08358c
10. Lykhach et al., Catal. Sci. Technol., 7 (2017) 4315, DOI: 10.1039/c7cy00710h