Master's Thesis

The study of flavin derivatives for utilisation in ecological batteries

Final Thesis 5.51 MB

Author of thesis: Bc. Eva Jazmína Tomečková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Reviewer: RNDr. Veronika Ostatná, Ph.D.

Abstract:

Organic energy storage systems represent a natural next step in the research of sustainable technologies. While naturally occurring flavins have been used for this purpose several times as biomimetic materials, reports on tailored synthetic flavin derivatives are sparse and mostly theoretical in nature. In this work, a set of synthetic flavins is electrochemically characterized using cyclic voltammetry in N-methylpyrrolidone and acetonitrile, and experimentally determined redox potential values are further used to assess several theoretical computational models that employ the density functional theory method for redox potential prediction. Four combinations of functionals and basis sets were used for theoretical data, which considered one-electron reduction of flavin from a neutral form to a reduced radical in two aprotic solvents as well as in the gas phase. The best model with the highest coefficient of determination employed the B3LYP functional and the Aug-CC-pVDZ basis set in gas phase and reached a coefficient of determination of 0.889.

Keywords:

Flavins, Computational Chemistry, Density Functional Theory, Cyclic Voltammetry, Energy Storage

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou. Pekař: Co bylo u měření VA elektrolytem? Proč u některé Gibbsovy energie je kroužek a někde ne? Odkud se vzala změna Gibbsovy energie do výpočtu? Vala: Jak obtížné bylo určení potenciálu, které se odchylovaly od standardního průběhu? Kolik cyklů bylo testováno u voltampérie? Na jaké hodnoty redoxních potenciálů je cíleno?

Language of thesis

English

Faculty

Department

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
Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Studentka Bc. Eva Jazmína Tomečková vypracovala diplomovou práci na téma teoretické predikce redoxních vlastností flavinových derivátů pro využití v ekologicky šetrných bateriích, které mohou najít uplatnění například v senzorice.
Prvním cílem práce bylo provedení literární rešerše, shrnující současné postupy při teoretických predikcích struktur a vlastností organických molekul, především pomocí metody Funkcionálu elektronové hustoty (DFT) a metody tzv. termodynamických cyklů pro predikce reakční energie. Dále byla popsána struktura flavinových derivátů a její vliv na vlastnosti těchto molekul. Je popsána technika cyklické voltametrie, pomocí které byly prováděny kontrolní měření. Problematika byla v práci popsána do dostatečné hloubky s využitím velkého množství odkazů na aktuální odbornou literaturu včetně rozsáhlých učebnic výpočetní chemie a teoretická část práce poskytuje dobrý základ pro popsané výpočty a experimenty.
Na teoretickou část navazuje popis metodiky práce, kde je představen soubor molekul použitý pro sestavení výpočetního modelu, dále jsou detailně popsány a zdůvodněny použité výpočetní modely a elektrochemická měření použitá pro ověření teoretických výsledků.
Při popisu a diskusi výsledků práce studentka provedla rozsáhlé vyhodnocení mnoha stovek jednotlivých výpočtů a jejich korelaci s experimentálními daty, a to jak naměřenými, tak i převzatými z literatury. Při této práci projevila velkou snahu a pečlivost, a dosáhla korelací srovnatelných s aktuální odbornou literaturou. Výsledný model tedy poskytuje relevantní popis vlivu strukturálních modifikací flavinových molekul na jejich redoxní chování, který je možné v budoucnu ještě významně zpřesnit.
Jako celek je práce zpracována přehledně a srozumitelně, s minimem překlepů a formálních chyb, kdy autorka prokázala schopnost dobře pracovat s odbornou literaturou, provádět výpočty i laboratorní experimenty a sepsat kvalitní text o abstraktní a poměrně náročné problematice, navíc se jedná o první zavedení DFT ve výzkumné skupině v rámci diplomové práce. Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě a na základě její úrovně navrhuji hodnocení 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 B
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
RNDr. Veronika Ostatná, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Evy Jazmíny Tomečkové se věnuje aktuálnímu a odborně relevantnímu tématu, a to  flavinovým derivátům a jejich redoxním vlastnostem se zaměřením na jejich možné využití v systémech ukládání energie.  Autorka prokázala schopnost samostatně pracovat s odbornou literaturou, vhodně formulovat cíle práce a propojit experimentální část s teoretickými výpočty.  Jedná se o kombinaci elektrochemických metod a teoretických výpočtů, které dosud nebyly v skupině prof. Krajčoviče využívány. Práce působí jako promyšlený a ucelený celek a z odborného hlediska přináší hodnotné výsledky. Za silnou stránku práce považuji propojení experimentálních metod s výpočetním přístupem, systematické zpracování naměřených i vypočtených dat a snahu o jejich vzájemnou interpretaci. Oceňuji také, že autorka dokázala kriticky zhodnotit limity použitých metod, zejména v souvislosti s měřením v prostředí NMP, a na základě získaných výsledků formulovat relevantní závěry pro další výzkum. Přínosná je rovněž práce s širším souborem flavinových derivátů a snaha identifikovat model, který by bylo možné využít pro predikci vlastností dosud nesyntetizovaných sloučenin.
Z formálního i obsahového hlediska je práce zpracována na dobré úrovni, přesto lze nalézt několik dílčích nedostatků. V některých částech by bylo možné text stylisticky zpřesnit, lépe popsat legendy k obrázkům a místy by si výsledková část zasloužila přehlednější interpretaci nebo stručnější zdůvodnění zvolených postupů. U některých částech chybí hlubší vysvětlení a srovnání s literaturou. Tyto připomínky však nesnižují celkovou odbornou úroveň práce, spíše ukazují prostor pro její další rozvinutí.
Celkově hodnotím diplomovou práci jako kvalitní, odborně přínosnou a pečlivě zpracovanou. Autorka splnila stanovené cíle, prokázala velmi dobrou orientaci v dané problematice i schopnost samostatné odborné práce. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji ji hodnotit stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký význam má podle Vás změna aromaticity při redukci flavinových derivátů pro jejich redoxní chování a případné využití v bateriových systémech
  2. Pokud byste měla navázat dalším výzkumem, jaký experimentální nebo výpočetní krok byste považovala za nejdůležitější pro zpřesnění predikce vlastností dosud nesyntetizovaných derivátů?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová