Bachelor's Thesis

Triphenylene-based metal-organic frameworks on metallic substrates and graphene

Final Thesis 8.49 MB

Author of thesis: Marek Soldán

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Veronika Stará, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Molnár

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the preparation and characterization of two-dimensional (2D) molecular thin films and metal-organic frameworks (MOFs) on Ag(111), Au(111) and graphene on Ir(111) surfaces. The molecules 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene (HHTP) and 2,3,6,7,10,11-hexathioltriphenylene (HTTP) were used as the basic building blocks for these structures, which are coordinated with iron atoms during the formation of the MOFs.

The preparation and characterization of the thin films were carried out under ultra-high vacuum (UHV) conditions. They were synthesized by physical vapor deposition (PVD), and the subsequent characterization was performed using low-energy electron microscopy (LEEM) and diffraction (LEED), scanning tunneling microscopy (STM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These techniques enable complementary structural and chemical characterization of the prepared films.

The thesis describes HHTP molecular films on all of the used substrates, the FeHHTP MOF on Ag(111), the HTTP molecular film on graphene, and the FeHTTP MOFs on Ag(111) and Au(111). The results of this work will contribute to a better understanding of the properties of triphenylene thin films and MOFs, and can serve as a foundation for research into topological properties or single-atom catalysis.

Keywords:

Metal-organic frameworks, HHTP, HTTP, LEEM, diffraction, STM, XPS.

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: - struktura molekuly HHTP a pozorovaná trojúhelníková superstruktura - difrakční obrazce a I-V křivky - izolační vlastnoti grafénu - obrázek 1.3c Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Veronika Stará, Ph.D.

Předložená diplomová práce se věnuje experimentálnímu studiu růstu a vlastností dvourozměrných (2D) metalo-organických sítí (MOF) na kovových substrátech a grafenu. Výzkum se konkrétně zaměřuje na interakce triphenylenových molekul (HTTP, HHTP) s kovovými centry Fe, což představuje klíčový krok k pochopení a přípravě nových materiálů s netriviálními topologickými vlastnostmi.

Během řešení projektu pracoval student samostatně a s mimořádnou vlastní iniciativou. K experimentální práci v ultravysokém vakuu (UHV) i k následné netriviální analýze dat z metod LEEM, STM a XPS přistupoval s vysokou proaktivitou a odpovědností. 

Práce je rozsáhlá a systematická. Studentovi se podařilo úspěšně pokrýt chování samostatných molekul i tvorbu komplexních MOF struktur na površích kovů, čímž splnil všechny úkoly a cíle stanovené v zadání závěrečné práce. Prezentované výsledky a vzájemné srovnání připravených systémů jsou podloženy solidními experimentálními daty a mají vysokou hodnotu pro navazující výzkumné projekty.

Z formálního a jazykového hlediska je práce napsána jasně, vyznačuje se logickou strukturou a zřetelně ukazuje vlastní přínos autora.

Práce splňuje všechny požadavky kladené na bakalářskou práci a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Molnár

V bakalářské práci se student zabývá charakterizací metalo-organických sítí založených na triphenylenech a jejich přípravou na kovových substrátech a na grafenu. První, teoretická, část práce je věnována uvedení metalo-organických sítí, typickým způsobům jejich přípravy a jejich potenciální využitelností například v kvantových technologiích. V této části student také popisuje experimentální metody, které v práci využil, tedy – depozici z plynné fáze, nízkoenergiovou elektronovou mikroskopii, rastrovací tunelovou mikroskopii a rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii.

V rámci druhé, experimentální, části se student věnuje postupné charakterizaci celkem dvou molekul – zkratkovitě HHTP a HTTP, na třech různých substrátech – Ag(111), Au(111) a grafen/Ir(111). Po charakterizaci chování jednotlivých molekul na substrátech je pak studována syntéza s atomy železa vedoucí ke tvorbě metalo-organických sítí. Student dále využíval metod mikroskopie i spektroskopie k pozorování stability a fázových přeměn jednotlivých systémů v závislosti na teplotě. K podpoření experimentů je provedeno i modelování difrakčních obrazců sloužící k přesnému stanovení parametrů primitivní mřížky systémů na povrchu. Na závěr práce student shrnuje, srovnává chování obou typů metalo-organických sítí a komentuje potenciální příčiny neúspěšné syntézy sítí na některých substrátech.

Ve výsledku se studentovi podařilo syntetizovat metalo-organické sítě FeHTTP na substrátech Ag(111) a Au(111) a FeHHTP na substrátu Ag(111). Je důležité zmínit, že se jedná o unikátní výsledky, jelikož dosud nebylo v literatuře popsáno ani samotné chování 2D vrstev molekul HTTP ani jejich metalo-organických sítí připravených pomocí depozice z plynné fáze. V rámci této práce byly splněné všechny stanovené cíle a k jejich řešení student přistupoval systematicky a kriticky. Závěry ke kterým student dospěl jsou dobře podložené experimentálními daty. Po formální stránce je práce logicky uspořádaná, psána čtivě a, až na skutečně jednotky výjimek, srozumitelně. Práce splňuje standardní požadavky pro bakalářskou práci, proto práci navrhuji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Při popisu chování molekul jsou uváděny teploty vedoucí ke změně fáze, či dokonce k jejich zániku. Může student okomentovat přesnost s jakou je nízkoteplotní pyrometr schopen určit teplotu v daných experimentálních podmínkách a zda by měla nepřesnost např. v řádu desítek °C zásadní vliv na interpretaci výsledků?
  2. Dokázal by student vysvětlit, jaký je rozdíl v mechanismech tvoření metalo-organických sítí při různých procedurách přípravy? Konkrétně, má nějakou hypotézu, proč se jím zkoumané metalo-organických sítě tvoří výhradně při kodepozici (např. FeHHTP na Ag (111), nebo FeHTTP na Ag(111) nebo na Au(111)), ale v žádném ze zkoumaných případů při postupné depozici?
  3. Student v rámci zkoumání chování molekul určuje teploty fázových přeměn. Mohl by student popsat, zda i doba zahřívání těchto molekul hraje roli, nebo je k takové fázové přeměně třeba pouze překročit teplotní práh? Je zároveň možné, že v případě zahřívání molekul na vyšší teploty (např. 400 °C), dochází ke změně povrchu substrátu, která následně ovlivňuje rekonstrukci molekul?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová