Master's Thesis

Study of the temperature dependence of oxygen and ozone reactions on the surface of solid materials

Final Thesis 5.96 MB

Author of thesis: Bc. Filip Staněk

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Mgr. Věra Mazánková, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Pavel Sťahel, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the investigation of reactions leading to the formation and decomposition of ozone on the surface of solid materials. Ozone, a triatomic allotropic modification of oxygen, is notable primarily for its antimicrobial and disinfectant properties; it is classified as a highly unstable and reactive molecule. The theoretical part of this thesis summarizes the basic properties of this gas. It also touches on the history of its discovery, provides information on possible applications, describes methods of its generation and ways of determining its concentration, and explains surface reactions associated with this molecule. The experimental part presents the conducted experiments, which were focused on the formation and degradation of ozone through surface reactions. These reactions took place on the surface of a quartz cuvette. The experiments build on my bachelor’s thesis. Within these experiments, various factors influencing the rate of ozone formation or decomposition were studied, such as the effect of temperature, flushing time, and the composition of the flushing gas. Ozone was generated using a dielectric barrier discharge, and its concentration was determined by absorption spectrometry. In addition to the above, this thesis also includes a chapter discussing experiments carried out during an internship at Comenius University in Bratislava. These experiments again focused on the formation of ozone (and in some cases also NO2), but this time different plasma sources were used—coplanar discharges.

Keywords:

ozone, oxygen, surface reactions, ozone generation, absorption spectrometry, dielectric barrier discharge

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl výborný výtah výsledků své práce, řádně zodpověděl všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagoval na připomínky. V diskusi tak student prokázal výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky práce. Komise zhodnotila jeho práci celkově jako výbornou. Pekař: Vyšly Vám stanovované závislosti rychlostních konstant dle Arrhenia? Veselý: Jakou kyvetu jste v práci použil? Jaká byla absorbance při měření? Jak byste převedl koncentraci v částicích na objem na analytickou koncentraci? Kozáková: Kde v praxi byste očekával výrobu ozónu při zvýšené teplotě? Lehocký: Čím je způsobený zánik ozónu při zvýšené teplotě?

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Physical and Applied Chemistry

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (NPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Mgr. Věra Mazánková, Ph.D.

Diplomová práce „Studium teplotní závislosti reakcí kyslíku a ozónu na povrchu pevných látek“ je experimentálního charakteru a navazuje na předchozí bakalářskou práci diplomanta. Student provedl rozsáhlou rešerši týkající se stanovování koncentrace ozonu a závislosti vzniku ozonu na teplotě. Při práci v laboratoři se student věnoval konstrukci experimentální aparatury pro ohřev kyvety a měření teploty během experimentu. Největší část své práce v laboratoři věnoval měření koncentrace ozonu za různých experimentálních podmínek. Neméně času student také věnoval zpracování a interpretaci získaných výsledků. Ve spolupráci s prof. Truncem z Přírodovědecké fakulty MU vznikl i teoretický model chemické kinetiky povrchových reakcí s ozonem. Výsledky práce byly průběžně publikovány ve dvou článcích v časopise Plasma Physics and Technology.
Student v rámci řešení diplomové práce absolvoval krátkodobou stáže v rámci programu CEEPUS na Univerzitě Komenského v Bratislavě. Na katedre experimentálnej fyziky měl příležitost otestovat další tři různé zdroje plazmatu určené pro aplikační sféru. Jednalo se o Difúzní koplanární povrchový bariérový výboj (DCSBD), Multi-hollow povrchový dielektrický bariérový výboj (MSDBD) a Piezobrush PZ3, kde kromě ozonu byl detekován i NO2.
Diplomant pracoval během řešení práce samostatně a vlastní měření i zpracování výsledků pravidelně konzultoval. Ze zformulovaných závěrů je patrné, že studovaná problematika je složitá a předkládaná práce přispěla k jejímu objasnění. Diplomová práce splnila zadané cíle, proto ji doporučuji hodnotit výborně –A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Mgr. Pavel Sťahel, Ph.D.

Diplomová práce „Studium teplotní závislosti reakcí kyslíku a ozonu na povrchu pevných látek" je kvalitní odborný celek, který naplnil zadání komplexně a přesvědčivě. Autor prokázal hluboké porozumění plazmatické chemie a povrchových reakcí – od rozsáhlé rešerše reakcí ozonu a kyslíku, studia mechanismů, měření koncentrace ozonu při různých teplotách až po stanovení rychlostních konstant. Experimentální část navazuje na bakalářskou práci a zahrnuje i cennou CEEPUS stáž na Univerzitě Komenského, kde byly testovány různé plazmové zdroje (DBD, DCSBD, Piezobrush).
Struktura práce je logická a přehledná – od teoretického základu (vlastnosti ozonu, metody generace, spektrální analýza) přes detailní metodiku, výsledky s diskuzí až po závěr. Výsledky jsou zpracovány na vysoké úrovni, graficky i tabulkově, s kvantitativními daty získanými robustní UV absorpční spektrometrií na křemenné kyvetě. Interpretace propojuje experimenty s teorií, vysvětluje odchylky od modelu degradace ozonu a srovnává různé plazmové zdroje. Literární rešerše je podrobná – přes 60 aktuálních zdrojů pokrývá aplikace ozonu (úpráva vody, medicína, textilní průmysl) i pokročilé metody (Chapmanův cyklus, DBD konfigurace).
Závěry práce jsou věcné, stručné a perspektivní pro další výzkum. Jazyková úroveň je velmi dobrá s odborným stylem, i když existují drobné formulační a typografické nedostatky (nekonzistentní chemické vzorce) ji mírně omezují. Formálně je práce na opravdu vysoké úrovni – kvalitní CZ/EN abstrakty, schémata aparatury, seznam zkratek a grafy. Celkový dojem je vynikající, práce má potenciál publikace a doporučuji pokračování ve vědecké kariéře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1.Jak přesně ovlivnila doba promývání a složení plynu (O₂ vs. Ar) kinetiku vzniku ozonu?
  2. 2. V čem spočívají odchylky mezi teoretickým modelem degradace a experimenty při T > 80 °C?
  3. 3. Jaké praktické aplikace vidíte pro zjištěné teplotní závislosti rychlostních konstant?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová