Diversity and Structural Variation in Genomes of Terrestrial Cyanobacteria
Supervisor: doc. Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.
Consultant: Mgr. Svatopluk Skoupý, Ph.D.
Understanding the genomic mechanisms that drive microbial adaptation and diversification in extreme environments remains a fundamental challenge in evolutionary biology. This dissertation will investigate genomic diversity and structural variation in terrestrial cyanobacteria, focusing on the filamentous genus Microcoleus, an ecologically important crust-forming cyanobacterium that inhabits hot and cold drylands. The research will employ comprehensive sampling strategies to establish a collection of unialgal strains from diverse geographical locations including hot and cold deserts. The strains will be sequenced using Illumina and Oxford Nanopore technologies. The study will examine patterns of structural variation across populations and environmental gradients, including analysis of pangenome architecture, while phylogenomic approaches will reconstruct population structure and evolutionary relationships. This will improve our understanding of the influence of environmental variables such as temperature, UV radiation, and precipitation on genomic diversity, addressing fundamental questions about how environmental pressures shape genome architecture in prokaryotes.
Place: Cyanobacterial Evolution Research Lab, Department of Botany, Palacký University Olomouc. The laboratory is focused on the evolution and taxonomy of cyanobacteria and algae. We established a wide network of collaborations in Europe and the USA (University of North Florida, USA; University of Florida, USA; Stockholm University, Sweden; Natural  History Museum London, UK etc.).

Vlastnosti a biologické aplikace giberelinů, rostlinných růstových regulátorů, a jejich (ne)přírodních derivátů
Properties and biological application sof giberellins, growth regulators and their (un)natural derivatives
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Přírodní makrolidy: chemie, interakce a synergický efekt
Natural Macrolides: Chemistry, Interaction & Synergy
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Modifikace a konjugace kyseliny abscisové: syntéza, metabolity a biologická aktivita
Abscisic Acid Derivatives and Conjugates: Synthesis, Metabolites & Bioactivity
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Nekanonické regulační mechanismy cytokininové signální dráhy v Arabidopsis
Non-canonical regulation of cytokinin signaling pathway in Arabidopsis
Školitel: Mgr. David Zalabák Ph.D.

Molekulární mechanizmy interakce kryptochromových a fototropinových světelných signálních drah během vývoje a růstu rostlin
Školitel: prof. RNDr. Martin Fellner, PhD.

Syntéza a biologická aktivita derivátů asperphenamátu
Školitel: Mgr. Karel Doležal, Dr., DSc.

Hormopriming jako možný nástroj pro regulaci stresových odpovědí rostlin
Školitel: RNDr. Ondřej Plíhal, PhD.

Syntéza a studium biologických vlastností sloučenin s arylpropenylovým skeletem
Hormopriming as a potential tool for regulating plant stress responses
Školitel: prof. PharmDr. Josef Jampílek, Ph.D.

Identifikace a charakterizace neznámých metabolitů v rostlinách a houbách
Školitel: Mgr. Jiří Grúz, Ph.D.

Studium nových drah v subcelulární homeostáze fytohormonů
Školitel: Mgr. Aleš Pěnčík, PhD.

Rostlinné potraviny a jejich sekundární metabolity: studium a význam
Školitel: doc. Mgr. Danuše Tarkowská, PhD.

Primární a sekundární metabolismus rostlin: interakce a vlivy
Školitel: doc. Mgr. Danuše Tarkowská, PhD.

Studium metabolismu methioninu a příbuzných sloučenin v rostlinách
Školitel: Mgr. Michal Karady, PhD.

Molekulární mechanismy buněčné regulace v nádorové progresi a léčebné odpovědi
RNDr. Bořivoj Vojtěšek, DrSc.

Studium morfogeneze rostlin na (sub)buněčné úrovni
Školitel: prof. Mgr. Ondřej Novák, PhD.

Nové trendy v hormonomické analýze
Školitel: prof. Mgr. Ondřej Novák, PhD.

Inovativní nástroje chemické biologie: Vývoj fluorescenčně a izotopicky značených molekul pro studium rostlinných systémů
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Vývoj a syntéza postupně uvolňovaných cytokininových derivátů imobilizovaných v inertních polymerních matricích pro řízené uvolňování v agrobiologických aplikacích
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Modulace CDK9 pomocí inhibitorů a heterobifunkčních derivátů
Školitel: prof. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D.

Operator-theoretic and AI-supported approaches for the analysis of non linear dynamics in single cell multiomics data
Školitel: prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc.
Konzultant: . Prof. Dr. Wolfram Weckwerth

Témata, která podléhají schválení vědeckou radou

Engineering the sugar transport to enhance organ-specific yield in plants
Školitel: Mgr. Jakub Hajný, PhD.

Imidazopyridaziny a jejich deriváty jako inhibitory kinas
Školitel: Mgr. Radek Jorda, PhD.

Vývoj analytických metod pro analýzu fytohormonů spojených se stresem rostlin
Školitel: PharmDr. Jitka Široká, PhD.

Cytokinin signaling crosstalk with Brassinosteroid biosynthesis
Školitel: Mgr. Ivona Kubalová, Ph.D.

Novel auxin metabolites in crop plants
Školitel: Asta Žukauskaite, PhD.

Studium enzymů podílejících se na glykosylaci a ribosylaci cytokininů/purinů v nižších rostlinách jako např. mechu a řasách
Školitel: Mgr. David Kopečný, PhD.

Protein-proteinové interakce jako cíl farmakologické modulace signální dráhy aryl uhlovodíkového receptoru AhR
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

Role rostlinného proteinu RAD60 v SUMOylační odpovědi během poškození DNA
Školitel: Mgr. Eva Dvořák Tomaštíková, Ph.D.

Genetické a vývojové důsledky změn ploidie v semenech ječmene
Školitel: Ing. Anna Katarzyna Nowicka, Ph.D.

Optické detekční systémy kosmického záření – vybrané problémy
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Obsahem tématu je studium současných optických detektorů kosmického záření, zapojení se do některého z aktuálních mezinárodních vědeckých projektů výzkumu kosmického záření a účast na výzkumu nových konkrétních typů optických detektorů kosmického záření, včetně účasti na vědecké práci příslušné mezinárodní kolaborace.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel:: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: prof.. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: prof.. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Poškozovaní materiálů způsobené nanosekundovými shluky částic
Školitel: prof. Jan Řídký, DrSc.
Experimenty zaměřené na laserem buzené urychlování částic jsou zdrojem vysoce intenzivních shluků částic o nanosekundových délkách. Tématem práce je studium mechanizmů poškození v materiálech při interakci s takto krátce trvajícími shluky částic.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Exkluzivní procesy jako cesta k Nové Fyzice
Školitel: Mgr. Marek Taševský, PhD. DSc.
Konzultant: RNDr. Karel Černý, Ph.D.
Standardní model je nesmírně úspěšný v popisu interakcí elementárních částic, nicméně jsou oblasti, které vysvětlit nedokáže, což nazýváme Novou fyzikou. Signály Nové Fyziky se vyskytují i v tzv. exkluzivních procesech. Ty nastávají zřídka, nicméně pozadí k nim je dobře prozkoumáno. Student se seznámí s dopřednou a difrakční fyzikou ve velkých experimentech na velkých urychlovačích částic a s detekčními technikami a generací umělých (Monte Carlo) případů. Student se bude věnovat zpracování realných dat experimentu ATLAS v CERN a fenomenologickým studiím. Důraz na tu, či onu oblast se určí po dohodě se školitelem. Předpokládají se pobyty v CERN.

Kolektivní měření pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Kolektivní měření jsou měření prováděná na více kopiích testovaného stavu současně. Ukazuje se, že umožňují velice efektivně určit klíčové vlastnosti kvantových stavů, jako jsou různé míry provázanosti nebo jiné silnější kvantové korelace. Zároveň mohou být kolektivní měření nasazena přimočaře v kvantových komunikačních sítích a mohou sloužit jako základ pro klíčové protokoly nezbytné k testování funkčnosti rozsáhlých kvantově-komunikačních sítí spojujících vícero uživatelů. Výzkum v této oblasti tak nabízí potenciál jak pro základní výzkum směřující k odhalení zajímavých vlastností přírody, tak k vývoji protokolů aplikovatelných v praktické kvantové komunikaci.

Fisherova informace v klasické a kvantové optice
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pavlíček, Ph.D.
Fisherova informace je veličina, která umožňuje výpočet nejistoty, s jakou lze určit hodnotu určitého parametru. V klasické a kvantové optice je využívána k výpočtu nejistoty, s jakou lze určit hodnotu fáze v Machově – Zehnderově interferometru. Budou provedeny výpočty nejistoty měření pro různé druhy světla. Vzájemně budou srovnány výsledky dosažené pomocí klasických a kvantových metod.

Otevřené kvantové systémy se spektrálními singularitami a paměťovými efekty
Školitel: Mgr. Ievgen Arkhipov, Ph.D.
Tento doktorský projekt se zaměřuje na studium nemarkovské kvantové dynamiky v otevřených kvantových systémech, s důrazem na vzájemné působení paměťových efektů a spektralních singularit (t.z. výjimečných bodů) v nehermitovských systémech. Výzkum bude zaměřen na kvantově-optické systémy s malým počtem módů, které interagují se strukturovaným nemarkovským prostředím, kde hrají klíčovou roli časově závislá disipace a zpětný tok informace. Pomocí numerických simulací založených na časově závislé Lindbladově master rovnici a nemarkovských stochastických diferenciálních rovnicích si projekt klade za cíl porozumět tomu, jak spektrální singularity (výjimečné body) a paměťové efekty společně ovlivňují dynamiku systému a jak je lze využít pro kvantové senzorické aplikace.

Produkce podivných částic a neutrálních mezonů v reakcích se svazky těžkých iontů
Školitel: Mgr. Luboš Krupa Ph.D.
Odhalení vlastností hmoty se silnou interakcí při nenulových teplotách a hustotách je jedním z klíčových cílů experimentů s jadernými kolizemi. Gravitační vlny, elektromagnetické záření a hojná produkce dielektronů a podivností produkovaných částic jsou slibnými sondami stavové rovnice husté hmoty produkované na křižovatce relativistických srážek těžkých iontů a fúze binárních neutronových hvězd. V oblasti vysokých teplot a/nebo hustot silně interagující hmota, vznikající při srážkách těžkých iontů, prochází fázovým přechodem mezi hadronovým plynem a kvarkovým gluonovým plazmatem.
Dielectronový spektrometr HADES pracující na synchrotronu SIS18, FAIR/GSI Darmstadt, Nemecko, poskytuje informaci o produkci elektronových párů a podivnostech ze srážek jádra a jádra, stejně jako z elementárních reakcí, umožňuje měřit fotony a studovat tak produkci podivných částic a neutrálních mezonů prostřednictvím jejich dvou fotonového rozpadu.
Cílem práce je identifikovat vlastnosti silně interagující hmoty (hadronový plyn, kvark-gluonová plazma), podobné hmotě v jádru neutronových hvězd, studiem podivných částic a neutrálních mezonů produkovaných při srážkách těžkých iontů s kinetickou energií paprsku 0,2–1,0A GeV pomocí experimentu HADES.

Experimentální studium vlastností neutrin a antineutrin
Školitel: Mgr. Luboš Krupa Ph.D.
Experimentální studium vlastností neutrin a antineutrin v rámci evropského projektu KM3NeT (nacházejíci se na dně Středozemního moře). Cílem projektů  je hledání neutrin ze vzdálených astrofyzikálních zdrojů, jako jsou zbytky supernov, gama záblesky, supernovy nebo srážky hvězd a skoumání vlastností neutrin ze slunce především oscilace a hmotnost. Disertační práce se bude také zabývat nejmodernějšími tématy v moderní astrofyzice, kosmologii a strojovém učení. Výzkum se zaměří na aplikace nástrojů strojového učení pro temnou hmotu, nepřímé vyhledávání, gama dalekohledy, černé díry, gravitační vlny, hvězdnou fyziku a kosmologii. Součástí práce jsou také krátkodobé i dlouhodobé pobyty (2-3 měsíce) ve Francii a v Itálii.

Elektromagnetické záření a teorie katastrof
Školitel: Mgr. Luboš Krupa Ph.D.
Studium a aplikace matematických myšlenek a metod “Teorie katastrof”ve fyzice. Cílem projektu je výzkum projevů daných katastrof (záhyb, ostří, hrot, motýl, vlaštovčí ocas, vigvam, hvězda a tak dále) ve fyzice, především v oblasti elektromagnetického záření. Hlavním cílem této práce je studium kaspoidního a Čerenkovova záření emitovaného nábojem při jeho libovolném pohybu v anizotropních a nehomogenních prostředích (metamateriály, materiály s negativním indexem nabití, fotonické krystaly, hyperbolické materiály, materiály s gradientním indexem nabití, plazmonické metapovrchy, jednoosé a dvouosé krystaly atd.). Bude zkoumána i jeho možná aplikace ve fyzice vysokých energií, neutrinové fyzice, při syntéze supertěžkých prvků a všude, kde se používá Čerenkovovo záření. Pro návrh optimálního využití kaspoidního a Čerenkovova záření pro identifikaci částic ve fyzice vysokých energií a neutrinové fyzice bude použita simulace Monte Carlo.

Fotosyntéza a její regulace při oscilujícím osvětlení
Školitel: prof. RNDr. Dušan Lazár, Ph.D.

Interakce cytokininové a fytochromové signální dráhy v regulaci listové senescence
Školitel: Doc. RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

Rozmanitost trávicích soustav u masožravých rostlin a jejich regulace
Školitel: Doc. Mgr. Andej Pavlovič, Ph.D.

Oxidativní modifikace proteinů a lipidů v nádorových buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Ultra-slabá emise fotonů v živočišných buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Molecular mechanisms of oxidative stress-induced skin aging and barrier dysfunction
Školitel: doc. Ankush Prasad, Ph.D.

Bioactive compounds as modulators of oxidative stress and inflammatory signaling in human skin cells
Školitel: doc. Ankush Prasad, Ph.D.

Detekce poruch kmitání hlasivek z klinických vysokorychlostních videokymografických a elektroglotografických záznamů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Studium tvorby hlasu pomocí biologických modelů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Studium tvorby hlasu pomocí matematicko-fyzikálních modelů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Reflexe žákovských prekonceptů, miskonceptů a vztahu žáků ke vědě v souvislosti s návštěvami science center
Reflection of Students’ Preconceptions, Misconceptions and Attitudes towards Science in Connection with Visits to Science Centres
Školitel: Doc. RNDr. Jiří Pechoušek, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Roman Chvátal, Ph.D.
Cílem práce je porozumět tomu, jak se v souvislosti s návštěvami science center projevují a proměňují žákovské prekoncepty, miskoncepty a postoje žáků ke vědě v oblasti vybraných přírodovědných témat. Praktickým přínosem práce bude formulace doporučení pro školy a science centra, jak návštěvy lépe využít k rozvoji žákovského porozumění přírodním jevům a vztahu ke vědě.
●          Zpracovat přehled současného stavu poznání v řešené oblasti.
●          Na základě rešerše nabídky science center stanovit vhodnou oblast přírodovědných témat.
●          Vymezit výzkumný problém, výzkumné cíle a výzkumné otázky.
●          Navrhnout vhodné metody získávání dat (kombinovat kvalitativní a kvantitativní metody).
●          Sbírat data v českých science centrech a v alespoň jednom zahraničním science centru.
●          Analyzovat a vyhodnotit získaná data.
●          Stanovit závěry.
●          Formulovat doporučení.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel:: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: prof.. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: prof.. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Kolektivní měření pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Kolektivní měření jsou měření prováděná na více kopiích testovaného stavu současně. Ukazuje se, že umožňují velice efektivně určit klíčové vlastnosti kvantových stavů, jako jsou různé míry provázanosti nebo jiné silnější kvantové korelace. Zároveň mohou být kolektivní měření nasazena přimočaře v kvantových komunikačních sítích a mohou sloužit jako základ pro klíčové protokoly nezbytné k testování funkčnosti rozsáhlých kvantově-komunikačních sítí spojujících vícero uživatelů. Výzkum v této oblasti tak nabízí potenciál jak pro základní výzkum směřující k odhalení zajímavých vlastností přírody, tak k vývoji protokolů aplikovatelných v praktické kvantové komunikaci.

Fisherova informace v klasické a kvantové optice
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pavlíček, Ph.D.
Fisherova informace je veličina, která umožňuje výpočet nejistoty, s jakou lze určit hodnotu určitého parametru. V klasické a kvantové optice je využívána k výpočtu nejistoty, s jakou lze určit hodnotu fáze v Machově – Zehnderově interferometru. Budou provedeny výpočty nejistoty měření pro různé druhy světla. Vzájemně budou srovnány výsledky dosažené pomocí klasických a kvantových metod.

Otevřené kvantové systémy se spektrálními singularitami a paměťovými efekty
Školitel: Mgr. Ievgen Arkhipov, Ph.D.
Tento doktorský projekt se zaměřuje na studium nemarkovské kvantové dynamiky v otevřených kvantových systémech, s důrazem na vzájemné působení paměťových efektů a spektralních singularit (t.z. výjimečných bodů) v nehermitovských systémech. Výzkum bude zaměřen na kvantově-optické systémy s malým počtem módů, které interagují se strukturovaným nemarkovským prostředím, kde hrají klíčovou roli časově závislá disipace a zpětný tok informace. Pomocí numerických simulací založených na časově závislé Lindbladově master rovnici a nemarkovských stochastických diferenciálních rovnicích si projekt klade za cíl porozumět tomu, jak spektrální singularity (výjimečné body) a paměťové efekty společně ovlivňují dynamiku systému a jak je lze využít pro kvantové senzorické aplikace.

Luminiscenční kovové nanostruktury pro biomedicinské zobrazování
Luminescent metal nanostructures for biomedical imaging
Školitel: Doc. RNDr. Karolína Šišková, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Radek Ostruszka, Ph.D.
Kovové nanostruktury vykazující luminiscenční vlastnosti (LKN) je možné vygenerovat v různých typech matric (proteiny, polymery) anebo účinkem nízkomolekulárních látek a vhodnou volbou podmínek. Kromě velikosti těchto LKN (pod 2 nm) je též důležitá jejich stabilita v biomedicinských médiích a jejich cytotoxicita. Na základě proměření příslušných charakteristik se pak dají LKN aplikovat v zobrazování in vitro a in vivo pomocí fluorescenční spektroskopie a magnetické rezonance. Cílem této experimentální disertační práce bude výzkum vzniku LKN v makromolekulárních systémech anebo účinkem nízkomolekulárních sloučenin. Po patřičné charakterizaci těchto nových typů anorganicko-organických nanokompozitů bude ověřena viabilita buněk zdravých i rakovinných. Podle výsledků biokompatibility může být v dalším kroku využito těchto nových typů anorganicko-organických nanokompozitů v medicíně při zobrazování buněk či tkání nebo jako teranostické látky.

Optimalizace UV Ramanova spektrometru s excitační vlnovou délkou v oblasti 207 - 250 nm
Školitel: RNDr. Josef Kapitán, Ph. D.
Zesílení rezonance je jedním ze způsobů, jak zvýšit citlivost Ramanovy spektroskopie jako analytické techniky používané v mnoha aplikacích, z nichž jednou je studium struktury peptidů a proteinů. Velmi aktivním a otevřeným tématem posledních let je také studium vlastností chirálních molekul pomocí rezonanční Ramanovy optické aktivity. Disertační práce bude zaměřena na optimalizaci Ramanova spektrometru s excitačními vlnovými délkami v rozsahu 207-250 nm, zejména s ohledem na rozšíření spektrometru pro přesná polarizační měření. Vyvinuté zařízení se stane základem pro experimenty v oblasti Ramanovy spektroskopie a Ramanovy optické aktivity, a to jak v aplikovaném (studium konformačního a dynamického chování biomolekul v roztoku), tak i základním výzkumu (studium elektronové a vibrační struktury molekul).

Kvantově termodynamické procesy v nelineárních optických systémech
Školitel: prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Nalezení systémů transformujících základní termodynamické veličiny jako práce, teplo a vnitřní energie na úrovni malého množství vzájemně interagujících optických módů, prozkoumání role informace v těchto procesech. Možné aplikace v kvantové informatice a metrologii.

Counterdiabatic driving v kvantových výpočetních algoritmech
Školitel: prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Cílem je analyzovat využití counterdiabatic driving v kvantových algoritmech, zejména při adiabatické přípravě stavů, optimalizačních algoritmech a hybridních kvantově-klasických schématech na hradlových kvantových počítačích. Úkolem bude zjistit, jak nejlépe získat, aproximovat a implementovat členy pro counterdiabatic driving v algoritmicky relevantních Hamiltoniánech, včetně těch, které vznikají při adiabatické přípravě stavů, při odhadech kvantové fáze, při variačních kvantových algoritmech a při optimalizačních kvantových protokolech. Zvláštní pozornost bude věnována vyvažování a kompromisům mezi algoritmickým urychlením a implementačními náklady zahrnujícími hloubku obvodů, komplexitu a robustnost vůči šumu.

Simulace kvantově-termodynamických procesů na kvantových počítačích
Školitel: prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Cílem  práce je studium simulace kvantově-termodynamických procesů na hradlových kvantových počítačích se zaměřením na nerovnovážnou dynamiku, na fluktuace, na statistiku práce a na produkci entropie v kvantových systémech s konečným počtem stupňů volnosti. Bude provedena analýza toho, jak fundamentální termodynamické procesy zahrnující relaxace, tepelnou výměnu, hamiltonovskou evoluci či cykly tepelných strojů mohou být zakódovány do kvantových logických obvodů a implementovány na realistickém kvantovém hardware. Zvláštní pozornost bude věnována specifikaci termodynamických veličin pomocí měřitelných kvantových veličin a srovnání mezi idealizovanými teoretickými modely a tím, co je možné implementovat experimentálně na stávajících kvantových počítačích.

Nelineární interakce mezi mikrovlnnými módy
Školitel: Mgr. Ondřej Černotík, Ph.D.
Supravodivá kvantová zařízení vykazují silnou nelinearitu způsobenou Josephsonovým efektem, což umožňuje řadu aplikací v kvantových technologiích. Zvláště zajímavá je možnost plného kvantové kontroly lineárního mikrovlnného módu řízeného pomocí nelineárního supravodivého obvodu. Současné techniky fungují pouze pro jeden takový mikrovlnný mód, ale pokročilejší kvantové technologie budou vyžadovat nelineární operace na více módech, aby se plně využil jejich potenciál. Cílem této disertační práce je vyvinout takové protokoly pro nelineární řízení a interakce mezi více lineárními mikrovlnnými módy. Nejprve bude student zkoumat možnosti kvantové kontroly pomocí nelineárních jednomódových interakcí a lineární interakce mezi módy jako nejjednodušší strategii pro plnou kvantovou kontrolu více módů. Následně bude studovat nelineární interakce mezi módy jako cestu k urychlení přípravy multimodových negaussovských stavů a ​​kvantových dvoumódových bran. Nakonec bude analyzováno zobecnění těchto schémat na více mikrovlnných módů (tři a více). Práce budou probíhat ve spolupráci s prof. Stevenem M. Girvinem (Yale University) s možností experimentálního ověření v tamějších laboratořích.

Třídění módů pro optické super-rozlišení a metrologii
Školitel: prof. Mgr. Jaroslav Řeháček, Ph.D.
Disertační práce se zaměří na pokročilé techniky detekce a manipulace klasických optických signálů. Budou navrženy a analyzovány nové protokoly snímání realistických optických signálů založené na multiportové detekci. Rozklad signálu do optimalizované sady módů povede k maximalizaci informačního obsahu výstupu měření, prolomení známých limitů rozlišení a vylepšení stávajících technik optické metrologie. Bude uvažována i možnost kombinace módových rozkladů s korelačními optickými měřeními. Experimentální implementace navržených metrologických protokolů bude založena na moderních digitálních technologiích využívajících výkonné optoelektronické prvky pro detekci a modulaci světla.

Psychofyzikální aspekty zraku při vizuální zátěži
Školitel: doc. RNDr. František Pluháček, Ph.D.
Schopnost lidského zraku spolehlivě fungovat i v nestandardních podmínkách je zásadní pro bezpečné vnímání a rozhodování v reálném prostředí. Narušení vizuální informace, ať už vlivem fyzikálních vlastností podnětu, optického zobrazení nebo zrakového zpracování na senzorické i kognitivní úrovni, může vést ke zhoršení percepce s potenciálně závažnými až fatálními důsledky v aplikačních oblastech, například v silniční dopravě. Cílem disertační práce je studium zrakového vnímání v těchto nestandardních podmínkách, navozených degradací nebo modifikací vizuální informace, jako je snížené osvětlení a kontrast, oslnění, vizuální šum, ale i vybrané optické nebo senzorické manipulace, a jeho vazeb na další percepční a kognitivní procesy. Výsledky práce mají přispět k porozumění limitům zrakového vnímání a podpořit aplikace v oblasti bezpečnosti, ergonomie a návrhu vizuálních systémů.

Kvantová propojení hybridních systémů
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
V rámci disertační práce bude doktorand zkoumat základní kvantová propojení hybridních systémů, která jsou aktuálně dostupná v atomových systémech, pevnolátkových systémech a supravodivých obvodech v optických a mikrovlnných rezonátorech a vlnovodech. Cílem práce je navrhnout metodologii jejich kvantových propojení pomocí převodníků a měření, sestavit soubor kvantových bran a kombinovaných operací a jejich první experimentální testy na těchto složitých hybridních systémech, s cílem aplikací v kvantových komunikacích a potenciálně distribuovaném kvantovém počítání. Tento nový směr bude vycházet ze širokých teoretických a experimentálních znalostí výzkumného týmu na Univerzitě Palackého v Olomouci, ÚPT AV ČR v Brně a zahraničních partnerů (TU Delft, KIT Karlsruhe, Univerzita v Aaltu a dalších). Téma disertační práce je klíčovou součástí nového EU projektu SUPERSPIN (2026-2029) a národního projektu QUEENTEC (2024-2028).

Negaussovské operace s s nelineární dopřednou vazbou
Školitel: prof. Mgr. Petr Marek Ph.D.

Efektivní metody přípravy negaussovských stavů vhodných pro kvantové zpracování informace
Školitel: prof. Mgr. Petr Marek Ph.D.

Metody charakterizace negaussovských stavů vhodných pro kvantové zpracování informace
Školitel: prof. Mgr. Petr Marek Ph.D.

Analýza nanoobjektů kapilární elektroforézou
Školitel: doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D.

Aplikace pokročilých analytických metod v bioarcheologii
Školitel: doc. RNDr. Lukáš Kučera, Ph.D.

Multimodální analytický přístup ke studiu hmotného kulturního dědictví
Školitel: doc. RNDr. Lukáš Kučera, Ph.D.

Iontová mobilita a hmotnostní spektrometrie v diagnostice chorob
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Identifikace složek uměleckých maleb desorpční ionizací a hmotnostní spektrometrií s iontovou mobilitou
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Mechanismus desorpce a ionizace v desorpčním nanoelektrospreji
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Vývoj a optimalizce elektrochemických detekčních sytémů pro kapalinovou chromatografii
Školitel: doc. RNDr. David Jirovský, Ph.D.

Vývoj, příprava a charakterizace funkčních materiálů pro elektrochemické senzory
Školitel: doc. RNDr. David Jirovský, Ph.D.

Nové aplikace iontové chromatografie
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Mikroanalytické postupy v metabolomice
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Nové postupy pro chemickou analýzu v archeologii a výzkumu kulturního dědictví
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Analytická chemie polymikrobialnich infekcí
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Diagnostika infekčních nemocí centrální nervové soustavy
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Metrologické aspekty analýzy mikroplastů
Školitel: doc. Ing. David Milde, Ph.D.

Analytická derivatizace látek
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Analýza markerů pro charakterizaci potravin
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Mikroanalýza v plynové chromatografii
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Využití GC/MS při analýze aktivních látek a produktů jejich přeměn
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Specifické extrakce aktivních látek a produktů jejich přeměn
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Efektivnější jednomolekulové magnety založené na komplexních sloučeninách lanthanoidů s makrocyklickými ligandy
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.

Koordinační sloučeniny makrocyklických ligandů využitelné v oblasti teranostiky
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.

Kontinuální průtočná chemie – nástroj pro efektivní syntézu makrocyklických ligandů a jejich komplexních sloučenin využitelných v molekulárním magnetismu
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.

Kontinuální přeměna biomasy na produkty s přidanou hodnotou využívající průtočný reaktor: návrh procesu a scale up
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Racionální syntéza chirálních komplexů se spinovým přechodem prostřednictvím návrhu ligandů pro laditelné dielektrické a magnetoelektrické vlastnosti
Školitel: prof. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.
Konzultant: Dr. Sriram Sundaresan

Koordinační sloučeniny f-prvků s radikálovými ligandy
Školitel: prof. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Chiralní molekulové nanomagnety pro magneto-optické jevy
Školitel: prof. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamil Kotrle, Ph.D.

Fotoaktivní magnetické molekulové přepínače
Školitel: prof. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Funkční materiály na bázi MOFů
Školitel: prof. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Ondřej Bárta, Ph.D.

Návrh, syntéza a charakterizace komplexů obsahujících deriváty kvercetinu a studium antiproliferační aktivity
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Příprava biologicky aktivních komplexů s benzimidazoly a benzazoly
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Antibakteriální a protizánětlivé vlastnosti komplexů a nanočástic zlata a stříbra
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Nanotransportéry potenciálních léčiv na bázi koordinačních sloučenin
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Vývoj hybridních fotokatalyzátorů pro konverzi oxidu uhličitého na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Design a syntéza nanokatalyzátorů pro transformaci biomasy na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Pasivace černého fosforu jedno-molekulovými magnety
Školitel: doc. Ing. Ivan Nemec, Ph.D.

Semi-koordinace v jedno-molekulových magnetech
Školitel: doc. Ing. Ivan Nemec, Ph.D.

Multikomponentní koordinační sloučeniny pro biologické aplikace
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Liposomální formulace bioaktivních koordinačních sloučenin pro polyfarmakologii
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Komplexy platinových kovů pro medicinální chemii a katalýzu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Ondřej Bárta, Ph.D.

Heterogenizace komplexů přechodných kovů pro konverzi CO2 na průmyslově významné chemikálie
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Vývoj 2D nanokompozitů aktivních ve viditelném světle pro fotokatalytickou redukci vody k produkci vodíku
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Koordinační sloučeniny s polydentátními deriváty β-karbolinu pro medicinální aplikace
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Radka Křikavová, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamila Petrželová, Ph.D.

Účinná elektroluminiscenční zařízení využívající triplet-to-singlet konverzi v organických emitorech
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Sohrab Nasiri, Ph.D.

Vývoj vysoce výkonných světlo emitujících elektrochemických článků s využitím nových širokopásových polovodičů
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Sohrab Nasiri, Ph.D.

Propojení formálního a neformálního vzdělávání v chemii a jeho reflexe pro rozvoj klíčových kompetencí
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Vybrané pokročilé experimentální metody využitelné ve středoškolském chemickém vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.
Konzultant: Mgr. Peter Antal, Ph.D.

Využití formativního hodnocení v pregraduální přípravě budoucích učitelů chemie
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.
Konzultant: Mgr. Jana Prášilová, PhD.

Význam exkurze v přírodovědném vzdělávání na středních a středních odborných školách
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamila Petrželová, Ph.D.

Návrh a ověření úloh z analytické chemie pro střední odborné školy inspirovaných reálnou chemickou praxí
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamila Petrželová, Ph.D.

Optimalizace přírodovědného vzdělávání žáků vzdělávaných dle RVP ZV s minimálními výstupy
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamila Petrželová, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Slavomíra Šterbinská, Ph.D.

In-silico drug design pomocí AI
Školitel: Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
In-silico drug design je soubor moderních výpočetní metod, pomocí kterých lze navrhovat a validovat nové chemické látky ve vztahu k vwybraným receptorům. Molekulární dokování, jako jedna z těchto metod nabízí rychlé možnosti screeningu rozsáhlých databází předpřipravených ligandů a ve spolupráci s experimentálními metodami tak efektivně usnadňuje proces přípravy kandidátů látek. Molekulární dokování je neustále se vyvíjející oblast, ve které se dnes uplatňuji postupy a metody umělé inteligence (AI). Cílem tak této disertační práce je aplikace konvenčních metod molekulárního dokování, tak metod, které jsou založeny na modelech AI. Velmi zajímavým tématem se v této oblasti jeví problematika metodiky postupu použití vybraných AI algoritmů a jejich srovnání s běžnými metodami. Dalším cílem této práce je optimalizace workflow procesu dokování s akcentem k vybraným AI metodám a následné interpretace, validace a analýzy výsledků. Možnosti uplatnění výše uvedených metod se nabízí v cele řadě aktuálně poptávaných témat, jako jsou například rodiny Cyklin-Dependentních Kináz, Kanabinoidních receptorů člověka anebo proteinům Mycobacterium Tuberculosis a dalších.

Chemické databáze
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
V dnešním věku informačních technologií přicházejí na řadu také technologie na správu a vytěžení dostupných chemických dat. V rámci skupiny jsme již vyvinuli několik databází (MolMeDB, ChannelsDB, či Pokusnice), které specifická chemická data ukládají a umožňují s nimi základní manipulace a vytěžování. Cílem práce je databáze rozšiřovat, zautomatizovat jejich plnění, zvýšit jejich interoperabilitu (např. pomocí napojení na Wikidata), zlepšit stávající data management, ale především využívat jejich výstupy k řešení výzkumných otázek.
Znalost programovacího jazyku (aktivní HTML, Python, atd.) a práce s databázemi (SQL, SPARQL) vítána, ale nepožadována"

Počítačový návrh nových léků založený na kvantově-chemických výpočtech
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Moderní počítačový návrh léků představuje atraktivní vědní obor na pomezí fyzikální chemie, strukturní biologie a informatiky. Jde o nalezení a vylepšení chemických látek, ligandů, které by se pevně navázaly na molekulový cíl, určitou bílkovinu, a tím umožnily vyléčit nemoc. Teoretické metody toto dokáží efektivněji než experiment, je však potřeba zvýšit jejich přesnost. Toho jsme dosáhli vývojem nových postupů výpočtů Gibbsovy volné energie interakce ligandů s proteiny založený na kvantově-chemických metodách, který svou přesností překonává dříve používané metody, a úspěšně ho aplikovali na desítky systémů (ChemPlusChem, 2013. 78(9): p. 921-931; ChemPlusChem, 2020. 85(11): p. 2361.). Tématem práce bude ověření univerzálnosti metody na databázích dalších systémů a take zlepšování metodiky.

Teoretické studium biomembránových systémů
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Cílem tohoto výzkumného tématu je porozumět chování a povaze interakce malých molekul i biomakromolekul s biologickými membránami. K pochopení a kvantifikaci interakcí molekul s biologickými membránami bude použita kombinace simulačních technik (např. molekulově dynamické simulace nebo kvantově chemické výpočty) a bioinformatických a cheminformatických přístupů – např. identifikace látek vhodných pro enkapsulaci do liposomů (např. bioRxiv, 05(11), 087742, 2020.) a uložení těchto informací do veřejně dostupné databáze (např. molmedb.upol.cz Database, 2019, baz078, 2019); způsob působení membránově vázaných proteinů společně s vývojem nezbytných strukturálních bioinformatických nástrojů (např. mole.upol.cz – Nucleic Acids Res, 46(W1), W368–W373, 2018., či SecStrAnnotator – bioRxiv, 04(15), 042531, 2020.). Očekáváme úzkou spolupráci s kolegy z evropské bioinformatické infrastruktury ELIXIR, Masarykovy univerzity v Brně, ČR; Université de Limoges, FR; Uppsala Universitet, SE a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, ČR.

Mezimolekulové interakce v biomolekulách
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Struktura ribozomální RNA je sice známa relativně dobře, ale interakce, které ji určují a stabilizují jsou prozkoumány méně. S rychlým rozvojem počítačů se kvantově chemické a molekulově dynamické výpočty stávají stále populárnějšími metodami pro analýzu mezimolekulových interakcí v biomolekulách. V naší práci se soustředíme na interakce v takových biomolekulách, jako jsou ribozomální RNA nebo protein-DNA komplexy a snažíme se nalézat důležité strukturní stabilizační prvky těchto unikátních molekulových architektur.

Vývoj empirických potenciálů pro modelování biomolekul
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Vývoj empirických potenciálů pro molekulovou dynamiku je nezbytnou podmínkou rozvoje celého oboru molekulového modelování. Na katedře fyzikální chemie UP Olomouc jsme před několika lety vyvinuli slibnou metodu pro získávání vysoce kvalitních empirických parametrů. Nově vyvinuté parametry jsou určeny hlavně pro modelování biomolekul, jako jsou RNA a DNA a pod zkratkou „OL“ (Olomouc) jsou dnes celosvětově používány v nejpopulárnějším simulačním balíku AMBER. Naši metodu budeme aplikovat a testovat na desítkách biologicky zajímavých systémů, jako jsou struktury DNA, protein-DNA komplexy a fragmenty ribozomální RNA.

Modulace fyzikálně-chemických vlastností vícenásobných nanoemulzí pro řízené dávkování aktivních substancí
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Cílem práce je detailní pochopení a kvantifikace procesů samo organizace vícenásobných nanoemulzí O/V/O a V/O/V na bázi micelárních soustav polysacharidů stabilizovaných fosfolipidy. Práce bude zaměřena na vlastní přípravu těchto systémů, mechanismus jejich stabilizace, depozice a solidifikace v polymerním filmu vzhledem k jejich konečné funkční aplikaci v obalovém průmyslu, studium možnosti jejich přípravy a zpracování v technické praxi. Bude provedena charakterizace jejich mikrostruktury a makro strukturního uspořádání, vliv technologie přípravy a zpracování na výsledné fyzikálně-chemické a materiálové vlastnosti těchto soustav.

Studium přírodních antioxidantů pro terapeutické aplikace
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Přírodní antioxidanty hrají významnou roli v ochraně organismu před vznikem nádorových onemocnění. Jedná se zejména o využití jejich antioxidačních vlastností v lidském organismu. Cílem práce bude porovnání antioxidantů získaných z vybraných typů přírodních rostlinných produktů, zejména vzhledem k jejich schopnosti jako radikálových lapačů. Budou určeny základní kinetické parametry zhášení těchto radikálů účinkem antioxidantů, jejich identifikace a termická případně chemická stabilita v různých prostředích.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Současný vývoj v oblasti nanotechnologií směřuje od přípravy a využití izolovaných nanočástic k systémům, kdy jsou pevně zachyceny na vhodném podkladu (koloidní částice, mikročástice či makrosystémy). Takovéto kompozity vykazují jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti, odlišné od samotných nanočástic. Mimo zvýšené agregátní stability nanočástic dochází často k synergickému efektu zlepšení fyzikálně chemických vlastností zmíněných materiálů (např. katalytická aktivita, optické vlastnosti, separace, agregátní stabilita, atd.).
Cílem této práce bude výzkum a vývoj v oblasti přípravy, charakterizace a aplikace nanočástic ušlechtilých kovů (měď, stříbro, zlato, platina, paladium, atd.) případně jejich sloučenin. Oblast přípravy bude výzkum zacílen na vývoj a optimalizaci metod přípravy nanočástic a nanokompozitů na bázi uvedených kovů a případně jejich sloučenin (ve formě vodných disperzí, samoorganizovaných vrstev či imobilizovaných částic na nosičích typu: SiO2, Al2O3, ZrO2, FexOy, sklo, křemen, aj.) včetně jejich charakterizace (velikost, morfologie, stabilita, atd.). Zmíněné materiály budou následně studovány a testovány z hlediska jejich efektivity pro účely heterogenní katalýzy či spektroskopických aplikací (povrchem zesílená Ramanova spektroskopie).
V oblasti katalýzy jsou mikro či nanočástice, případně nanokompozity používány ve velmi velkém měřítku v oblasti organické syntézy (Ullmannova syntéza, Fischer-Tropsch syntéza, příprava amoniaku (Haber-Bosch reakce), hydrogenační či dehydrogenační reakce, Suzukiho reakce, atd.), dále v oblasti velmi intenzivně se rozvíjejících oblastech jakými jsou palivové články, fotovoltaika, fotokatalýza, fotochemické štěpení vody, katalyzátory v automobilech pro oxidaci nespálených uhlovodíků, oxidu uhelnatého a redukci oxidů dusíku. Další významnou aplikací zmíněných materiálů je jejich použití v pokročilých oxidačních procesech využívaných pro sanační technologie používaných pro čištění odpadních vod a starých ekologických zátěží. Společným a často se vyskytujícím požadavkem podmiňujícím průmyslovou aplikaci je jejich schopnost odbourávat toxické a často také perzistentní organické polutanty, které vzdorují nebo přímo deaktivují tradičně používaný biologický stupeň, tvořící nedílnou součást většiny čističek odpadních vod.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro spektroskopické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie se řadí mezi moderní analytické techniky umožňující detekovat velmi nízké koncentrace látek. Neustálý vývoj Ramanovských spektrometrů má za následek, že tyto instrumenty se stávají cenově dostupnější a díky tomu se stále více rozšiřuje počet těchto přístrojů nejen na vědeckých pracovištích, ale zejména se tyto přístroje stávají běžnou součástí komerčních laboratoří. Velmi důležitou oblastí, kde lze tyto přístroje nalézt, ať již ve formě klasických či zejména mobilních verzích, jsou vybrané složky policie, hasičského záchranného sboru či armády, kde jsou tyto instrumenty využívány pro identifikaci hořlavin, drog, výbušnin, apod. Jelikož má povrchem zesílená Ramanova spektroskopie velmi značný potenciál, který ji předurčuje k budoucímu rozšíření do mnoha oblastí lidské činnosti (rychlá a citlivá detekce výbušnin, drog, či detekce markerů pro stanovení chorob, toxikologie, forenzní analýza atd.), tak cílem dané problematiky bude reprodukovatelná příprava efektivních, spolehlivých, a jednoduše použitelných substrátů založených na bázi stříbra a zlata.

Studium a vývoj termosetických kompozitních materiálů pro využití v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Ve spolupráci s firmou HVM plasma s.r.o. bude vyvíjen termosetický kompozit typu Bulk Moulding Compound (BMC) s vlastní průmyslovou výrobou a know-how. V rámci bude realizován rozsáhlý experimentální výzkum zahrnující soubor zkoušek a metodik, jejichž mají za úkol výsledky potvrdit konkurenceschopnost navržené BMC směsi. Zjištěné vlastnosti jsou srovnatelné s referenční komerční směsí využívanou pro vstřiko-lisování (compression/injection molding) dílů typu housing světlometů, což bude dále testováno. Získaná experimentální data dále umožní systematicky vyhodnotit vliv složení a procesních parametrů jednotlivých komponent na výsledné vlastnosti vytvrzeného BMC, včetně projevu zrání materiálu, a současně charakterizovat reologické chování nevytvrzených směsí. Cílem bude zvýšení tepelné vodivosti z 0,5-1 W/k·m na 10-20 W/k·m. Průmyslově významně tepelně vodiví kompozitní díl, lehčí a levnější než hliník dostačující pro aplikace např. heatsink elektroniky a LED modulů. Bude testováno využití aditiv pro vyrovnání povrchu a zlepšení reologických i mechanických vlastností. Také bude studována potřeba lakování povrchu vylisovaného dílu pro následné pokovení. Dalším směrem výzkumu bude studium aditiv pro úpravu vlastností ve všech připravovaných typech BMC a snížení hmotnosti za současného zachování mechanických a reologických vlastností BMC směsi a cenové konkurenceschopnosti.

Lignocelulózové nanomateriály na bázi celulózy, hemicelulózy a ligninu: enzymatická povrchová funkcionalizace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Celulóza, hemicelulóza a lignin představují základní složky lignocelulózové biomasy a nacházejí stále širší uplatnění v oblasti nanomateriálů. Rostlinná a dřevní odpadní hmota (lignocelulózová biomasa) je cenným a obnovitelným zdrojem, který lze využít pro výrobu celé řady komerčních produktů. V současnosti existuje až 200 různých technik extrakce určených k získávání druhotných surovin z těchto odpadních materiálů. Celulóza, hemicelulóza a lignin tvoří hlavní složky buněčné stěny dřeva. Jsou rovněž hojně zastoupeny v dřevitých částech rostlin, případně v jejich plodech. Celulóza se nachází také v měkkých částech rostlin, jako jsou stonky a listy, a tvoří dominantní složku lignocelulózového odpadu. Díky své široké dostupnosti a obnovitelnosti představují tyto biopolymery atraktivní prekurzory pro využití v širokém spektru aplikací.
Z této skupiny materiálů je v současnosti nejvíce prozkoumána celulóza jako prekurzor pro přípravu nanomateriálů. Za nanocelulózové materiály jsou obecně považovány celulózové struktury, u nichž alespoň jeden rozměr dosahuje nanoměřítka. Nejčastěji se připravují ve formě celulózových nanokrystalů (CNC), celulózových nanofibril (CNF) a bakteriální nanocelulózy (BNC). Nanocelulózové materiály nacházejí uplatnění zejména ve formě hydrogelů a aerogelů, v nano-uhlíkových kompozitech, uhlíkových kompozitech na bázi kvantových teček, kompozitech s uhlíkovými nanotrubicemi, grafenových nanomateriálech, organických polymerních matricích, anorganických nanokompozitech a nanogelech složených z biopolymerů nebo hydrogelů. Dominantní využití nacházejí v oblasti materiálových a biomedicínských věd, a to díky své dlouhodobé stabilitě, anizotropnímu tvaru, příznivým mechanickým vlastnostem, vynikající biokompatibilitě, bohaté povrchové chemii a výrazným optickým vlastnostem. V posledních letech je nanocelulóza intenzivně studována pro řadu aplikací, jako jsou tenké filmy, fotonické struktury, povrchová funkcionalizace, nanokompozity, adaptabilní optoelektronika a lékařské aplikace, například pro regeneraci tkání. Mezi hlavní výhody nanocelulózy patří její ekologická povaha, účinné chemické a fyzikální vlastnosti a vysoká homogenita materiálů, které lze z tohoto biomateriálu získat.

Nanomateriály pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanočástice ušlechtilých kovů vykazují díky svým specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem vysokou chemickou aktivitu, konkrétně vysokou katalytickou aktivitu. Katalytické účinky jsou dány jednak samotnou chemickou povahu uvedených kovů, a navíc mohou být zvýšeny nanorozměry a morfologií částic těchto kovů, které vedou k obrovskému nárůstu plochy povrchu daného kovu nutnému pro efektivní průběh heterogenní katalýzy. Nanočástice kovů skupiny I. B vykazují vysokou katalytickou aktivitu zejména v redox reakcích, kovy skupiny platiny a kovy příbuzné jsou pak vysoce efektivní v reakcích za účasti vodíku, což se týká zejména syntézy jednoduchých uhlovodíků a jejich derivátů (např. Fischer-Tropschova syntéza). V oblasti katalytických aplikací lze výzkum a vývoj zaměřit zejména na syntézu a vývoj vysoce katalyticky efektivních nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin aplikovatelných např. pro environmentální technologie (např. redoxní reakce a likvidace polutantů ve vodách), nebo v oblasti průmyslové chemie v řadě chemických procesů (výroba ethylenoxidu, Fisher-Tropschova syntéza) či v oblasti technologií pro energetiku (reformace CO2 na metanol, vysoce aktivní elektrody pro palivové články). Praktické aplikace nanomateriálů jsou však často doprovázeny agregátní nestabilitou nanočástic kovů či omezenou možností separace po provedení reakce v reálných aplikačních systémech. Jednou z možností, jak předcházet těmto nežádoucím jevům, je ukotvení nanočástic kovů na zvolené inertní substráty. Jako příklad lze uvést přírodní hlinitokřemičitanové materiály, oxidy kovů či magnetické materiály, jako jsou oxidy železa, které dále usnadňují magnetickou separaci katalyzátoru po provedení reakce.

Nanomateriály pro biologické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanostrukturní materiály jsou unikátní díky specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem, které se odráží i ve specifické interakci s živými organismy, díky čemuž nanomateriály vykazují ojedinělé biologické vlastnosti. Užitné vlastnosti nanomateriálů s biologickými vlastnostmi jsou široké a lze je využít např. v medicíně k léčbě či diagnostice onemocnění, biologicky aktivní nanomateriály mohou být uplatněny v průmyslových odvětvích či v environmentálních aplikacích pro odstranění nežádoucích biologických, především mikrobiálních, kontaminací. Typickým příkladem jsou nanočástice stříbra, které vykazují vysokou antimikrobiální aktivitu, které lze využít v léčbě mikrobiálních infekcí včetně těch, které jsou způsobeny vysoce rezistentními bakteriálními kmeny, u nichž selhává léčba pomocí klasických antibiotik. Na druhou stranu je potřeba brát zřetel na případné nežádoucí biologické účinky nanomateriálů při interakci s biologickými systémy, které se mohou vyskytovat právě díky jejich unikátním a neobvyklým biologickým vlastnostem. Studium mechanismu interakce nanomateriálů s biologickými systémy na různé buněčné úrovni a jejich využití pro biologické a medicínské aplikace tak představuje velice zajímavou a pestrou vědecko-výzkumnou oblast.

Katalytická aktivita nanočástic kovů a jejich kompozitů pro aplikace v energetice
Školitel: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Nanomateriály na bázi kovů a jejich sloučenin oplývají řadou unikátních vlastností z pohledu řady přírodovědných oborů. Z hlediska chemie se jedná zejména o jejich katalytickou aktivitu, která je v prvé řadě spojena s vysokým poměrem mezi atomy či molekulami na povrchu částice oproti jejímu objemu. Současný vývoj v oblasti nanotechnologií pro energetické aplikace souvisí právě s touto vysokou katalytickou aktivitou nanomateriálů. Mimo výzkum směřující k vývoji nových systémů získávání energie ať již chemickou cestou (elektrochemické články) či cestou konverze sluneční energie je pozornost řady výzkumných týmů zaměřena i do oblasti uchování energie v energeticky bohatých sloučeninách. Jednu z takových reakcí, která umožňuje uchování získané energie pro pozdější použití a současně eliminuje i část nepříznivých emisí oxidu uhličitého je redukce tohoto produktu spalování fosilních paliv za vzniku řady organických sloučenin pro zpětné použití v energetice, ale i s další využitelností pro chemický průmysl či dopravu. Jedná se o reakci redukce oxidu uhličitého vodíkem za vzniku řady uhlovodíků a dalších organických sloučenin, typicky methanolu. Tato reakce, obdobná Fischer-Tropschově syntéze uhlovodíků z oxidu uhelnatého, probíhá efektivně jen s pomocí katalytických systémů na bázi kovů či jejich sloučenin (nejčastěji oxidů). Dlouhodobé zkušenosti z oblasti výzkumu katalytické aktivity kovových nanomateriálů na půdě PřF UPOL vedly v poslední době k vývoji efektivního kompozitního nanokatalyzátoru pro tuto reakci na bázi nanočástic mědi navázaných na nanostrukturovaném oxidu železitém. První testy tohoto katalyzátoru ve spolupráci s katalytickou skupinou Dr. Vajdy z Argonne National Laboratory (Chicago, USA) ukázaly vysokou aktivitu tohoto katalyzátoru vzhledem k produkci uhlovodíků. Další výzkum bude prováděn za pomoci mikroreaktoru firmy PID pro studium heterogenní katalýzy v plynných reakčních systémech s propojením s analytickým systémem na bázi GC/MS. Hlavním cílem tohoto tematického zaměření doktorské práce tak bude výzkum a vývoj katalytického systému na bázi nanočástic ušlechtilých kovů kombinovaných s nanočásticemi oxidů železa s vysokou katalytickou aktivitou pro nízkoteplotní (do cca 300 °C) hydrogenaci oxidu uhličitého za vzniku dále využitelných sloučenin nejen pro energetiku, ale i další oblasti lidské činnosti.

Fázové přechody a možnost jejich ovlivnění za pomoci nanotechnologií
Školitel: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Fázové přechody mezi skupenskými stavy u čistých látek (fázové přechody 1. řádu) jsou jednoznačně určeny teplotou a tlakem okolí, s nímž je studovaný systém v rovnováze. Slovo rovnováha zde ovšem hraje velmi důležitou roli, protože pokud je studovaný systém mimo rovnováhu (vyvolanou například velmi rychlým ochlazováním), nedochází k fázovému přechodu za podmínek určených pro rovnovážný stav a soustava může po určitou dobu existovat v jiném skupenství, než by tomu bylo za rovnovážných podmínek (metastabilní stavy, např. voda podchlazená pod 0°C). Podobné situace lze ovšem dosáhnout i tak, že původní čistou látku smícháme s jinou látkou a vzniklá směs se pak chová z hlediska skupenského stavu odlišně od původní čisté látky (např. přídavek ethanolu do vody snižuje teplotu tuhnutí vzniklé směsi oproti čisté vodě, jak popisuje Raoultův zákon v podobě kryoskopické rovnice). Přechody mezi skupenskými stavy se ale v reálném světě řídí velmi složitými zákony, souvisejícími s problematikou tvorby nové fáze. Vznik nové fáze v objemu fáze původní vyžaduje vynaložení určité práce nutné na vytvoření fázového rozhraní – homogenní nukleace. Tato práce souvisí s již výše zmíněným vychýlením soustavy z rovnovážného stavu (u kapalin je to typicky podchlazení). Přítomností heterogenních příměsí (typicky nečistoty) v původní fázi lze ale tuto práci na vytvoření nového fázového rozhraní výrazně snížit za situace, kdy nově vznikající fáze smáčí povrch heterogenní příměsi (např. krystalizační centra). Mnohé oblasti běžné lidské praxe ovšem narážejí na limity dané ať už potřebou dodání velkého množství práce pro uskutečnění fázového přechodu (např. výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl) nebo naopak související s příliš rychlým průběhem fázového přechodu díky přítomnosti vhodného povrchu pro vznik nové fáze (např. rosení skel v chladném počasí). Ovlivnění fázových přechodů oběma směry tak představuje důležitou oblast fyzikálně chemického výzkumu, kde mohou nalézt své uplatnění i nanotechnologie. Nanočástice díky vysokému poměru počtu povrchových atomů vůči počtu atomů v objemu částice oplývají přebytkem povrchové energie a jsou tak ideálním nástrojem pro modifikaci průběhu fázových přechodů čistých látek. I velmi malé množství hmoty rozptýlené do nanorozměrů může zásadně ovlivnit nejen technologické procesy, ale i procesy probíhající přirozeně v přírodě. Lidé už dlouho využívají rozprašování velmi malých částic AgI do atmosféry pro vyvolání deště, protože na těchto malých částicích dochází ke kondenzaci vodních par za vzniku mraků a tedy deště. Rovněž výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl probíhá snadněji po přídavku disperze velmi malých částic do rozstřikované vody, protože na nich dochází snadněji ke tvorbě krystalků ledu oproti situaci, kdy by krystalky ledu musely vznikat homogenní nukleací. Ale existují i nepříznivé situace vyvolané člověkem v přírodě (i když neúmyslně), které zhoršují poměry v životním prostředí. Aerosoly produkované lidskou činností (doprava, průmyslové exhalace i exhalace z domácností) způsobují kondenzaci vodních par v hustě obydlených aglomeracích za tvorby velmi nízké oblačnosti, která omezuje další proudění škodlivin v ovzduší do větších vzdáleností a jejich zvýšené koncentrace se tak projevují jako zdraví škodlivý smog, což je směs mikrokapiček vody, tuhých částeček a řady toxických plynných látek produkovaných jak člověkem tak i účinkem slunečního záření na tento chemický kotel dusící zejména v zimním období mnohá světová velkoměsta.

Studium reakcí na površích pevných látek
Školitel: Mgr. Adam Matěj, Ph.D.
Toto téma disertační práce se zaměří na teoretické studium chemických reakcí, které probíhají na površích pevných látek. Zejména zajímavým a mladým odvětvím je využití prostředí ultravysokého vakua (UHV) a monokrystalů jako substrátu. Oproti konvenční syntéze v roztoku nabízí tato metoda například katalytické vlastnosti čistě dvoudimenzionálních rozhraní (planarizace a omezení reakčního prostoru do roviny), reaktivní adatomy kovů, absenci kontaminace a obchází problémy s rozpustností jak reaktantů, tak produktů. Ve spojení s dostupnými experimentálními daty bude student(ka) navrhovat možné reakční cesty a ověřovat jejich správnost a schůdnost pomocí kvantově mechanických simulací reakčních bariér za podmínek experimentu. Pro samotné výpočty bude používat převážně metody založené na teorii funkcionálu hustoty (DFT) v kombinaci s molekulovou mechanikou a molekulovou dynamikou. V případě silně korelovaných systémů budou použity pokročilé multikonfigurační a multireferenční metody pro přesný popis elektronové struktury studovaných molekul. Dále se bude student(ka) podílet na vývoji a validaci výpočetních protokolů pro pozorované reakce. Během doktorského studia si tak osvojí rozsáhlý arzenál výpočetních metod, naučí se konstruktivní diskuze s experimentátory z řad syntetiků a operátorů UHV-STM (skenovací tunelovací mikroskopie v UHV) a důraz bude také kladen na kvalitní prezentaci dosažených výsledků na zahraničních konferencích.

Interakce guaninových kvadruplexů s bílkovinami
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
G-kvadruplexy představují unikátní čtyřřetězcový konformační motiv nukleových kyselin, který se tvoří v sekvencích bohatých na guanin. Tyto struktury byly identifikovány nejen v DNA, ale také v RNA, a jsou spojovány s důležitými biologickými procesy, jako je regulace genové exprese, replikace DNA či udržování telomer.
Bílkoviny schopné rozpoznávat a vázat se na G-kvadruplexy jsou zapojeny do širokého spektra buněčných procesů, a jejich dysfunkce může vést k rozvoji různých onemocnění, včetně rakoviny a neurodegenerativních chorob. Studium těchto interakcí nabízí příležitost k pochopení molekulárních mechanismů, které regulují biologické funkce G-kvadruplexů. Získané poznatky mohou přispět k vývoji nových terapeutických strategií, například cílených léčiv. Téma této disertační práce se zaměřuje na detailní zkoumání interakcí mezi G-kvadruplexy a bílkovinami, přičemž bude využito teoretických přístupů, jako molekulového modelování a zejména simulací molekulové dynamiky. Tyto metody umožní detailní analýzu struktury a dynamiky komplexů, což přispěje k hlubšímu porozumění jejich biologických funkcí a roli v buněčných procesech.

Studium balení nekanonických motivů nukleových kyselin
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
Nekanonické struktury nukleových kyselin, jako jsou guaninové kvadruplexy, i-motivy a další méně běžné konformační motivy, hrají zásadní roli v mnoha biologických procesech. Tyto struktury se vyznačují jedinečnou stabilitou a dynamikou, která je klíčová pro jejich funkci. Balení těchto nekanonických struktur zahrnuje složité přechodné stavy a intermediáty, jejichž existence je důležitá pro pochopení mechanismu vzniku nativní struktury.
Cílem této práce je detailní analýza mechanismů balení vybraných nekanonických struktur nukleových kyselin prostřednictvím metod počítačového modelování, zejména standardních a pokročilých simulací molekulové dynamiky. Výzkum se zaměří na identifikaci a charakterizaci klíčových kroků při formování těchto struktur. Získané výsledky přispějí k lepšímu pochopení dynamiky balení těchto struktur a jejich role v biologických procesech.

Hydrogenační reakce katalyzované velikostně selektovanými multimetalickými klastry
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Globální oteplování je kritickým problémem, který je z velké části způsoben emisemi CO2. Účinné řešení této výzvy vyžaduje inovativní řešení, jako je například katalytická hydrogenace CO2. Tento proces nejen odstraňuje CO2 z atmosféry, ale také jej přeměňuje na hodnotné produkty související s energií. Mezi nejslibnější metody patří katalyzátory na bázi velikostně selektovaných metalických klastrů, které v této reakci prokázaly pozoruhodnou efektivitu. Klastry jsou agregáty hmoty skládající se pouze z několika atomů, s chemickými a fyzikálními vlastnostmi, které se nelineárně mění s jejich velikostí a složením. Přesným řízením počtu atomů v těchto klastrech je možné optimalizovat jejich aktivitu a selektivitu směrem k požadovaným produktům. Kromě toho kombinace různých kovů v klastrech a využití interakcí mezi klastry a jejich substrátem odemyká další stupně volnosti, což umožňuje návrh vysoce účinných multimetalických subnanometrových katalyzátorů. Tento doktorandský výzkum se zaměří na zkoumání katalytického výkonu těchto pokročilých materiálů, primárně, ale ne výhradně, při hydrogenaci CO2. Výzkum se může rozšířit i na další průmyslově významné hydrogenační reakce. Práce budou prováděny v nejmodernějších laboratořích Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR, kde jsou syntetizovány velikostně vybrané klastry a ukládány na technologicky relevantní nosiče a testovány v reaktorových systémech vyrobených na míru. Rozsáhlá síť mezinárodních spoluprací oddělení navíc poskytuje přístup ke špičkovým zařízením po celém světě pro další charakterizaci těchto katalyzátorů.

Vliv velikosti a složení trimetalických nanokatalyzátorů na bázi klastrů na jejich katalytické účinky
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Velikostně vybrané klastry, tedy útvary složené pouze z několika atomů, vykazují pozoruhodné vlastnosti, které se výrazně liší od vlastností objemových materiálů, nanočástic nebo jednotlivých atomů. Zajímavé je, že přidání nebo odstranění jediného atomu může drasticky změnit jejich fyzikální a chemické chování. Tato jedinečná vlastnost je zvláště cenná při katalýze, kde přesná kontrola velikosti klastru umožňuje jemné doladění katalytické aktivity a selektivity. Nedávný technologický pokrok nejen usnadnil kontrolu nad velikostí těchto klastrů, ale také umožnil manipulaci s jejich chemickým složením. Například bimetalové shluky vybrané podle velikosti prokázaly synergické účinky mezi dvěma kovy. Tato synergie umožňuje nahradit drahé kovy, jako je platina, cenově dostupnějšími alternativami, jako je stříbro, při zachování nebo dokonce zvýšení katalytického výkonu. Primárním cílem této doktorské práce je učinit další krok ve studiu katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů s definovanou velikostí. Tyto pokročilé systémy nabízejí ještě větší potenciál pro katalytické inovace než přístupy založené na nanočásticích či jednotlivých atomech. Syntéza těchto klastrů je dosažitelná pomocí nejmodernějších klastrových zdrojů na Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR. Tyto zdroje umožňují nanášení klastrů na podpůrné oxidy, po nichž následuje testování v rozmanité škále reakcí – od modelových reakcí, jako je oxidace CO, až po náročnější a kritičtější procesy, jako je reformování metanu nebo syntéza amoniaku. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, který zahrnuje syntézu, charakterizaci a testování katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů. Kromě toho bude projekt využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám pro modelování a pochopení těchto systémů.

Nanokatalyzátory na bázi atomárních klastrů pro hydrogenační a dehydrogenační reakce
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Nanokatalyzátory na bázi kovových klastrů si získaly značnou pozornost díky své vysoké aktivitě a selektivitě v různých chemických reakcích, a to díky jedinečným vlastnostem vykazovanými materiály v nanoměřítku. Kovové klastry, které se obvykle skládají pouze z několika atomů, mají charakteristické katalytické chování, které vyplývá z jejich malé velikosti a velkého povrchu. Tyto klastry jsou často aktivnější a selektivnější ve srovnání s objemovými kovy, a to kvůli zvýšenému počtu nenasycených koordinačních míst, která lze přizpůsobit pro specifické reakce. Všestrannost kovových klastrů se dále zvyšuje, když jsou kombinovány do bimetalových systémů, kde interakce mezi dvěma odlišnými kovy může vést k synergickým efektům, které zvyšují katalytický výkon. Interakce mezi klastry a jejich substráty je také kritickým faktorem ovlivňujícím katalytickou účinnost, stabilitu a reaktivitu systému. Využití takto podporovaných klastrů, zejména v souvislosti s hydrogenačními a dehydrogenačními reakcemi, je zvláště slibné pro energetické aplikace, jako je skladování vodíku, vývoj udržitelných paliv a chemický průmysl, kde nanokatalyzátory mohou usnadnit aktivaci reaktantů nebo transformaci složitých molekul s vysokou účinností. Cílem tohoto doktorského výzkumu je vyvinout a studovat klastry přechodných kovů se zvláštním zaměřením na velikostně vybrané klastry, které zajišťují přesnou kontrolu nad počtem atomů v každém klastru. Monometalické i bimetalické klastry budou syntetizovány s důrazem na nahrazení vzácných kovů nákladově efektivnějšími alternativami, což by mohlo tyto katalyzátory učinit ekonomicky životaschopnějšími. Bude zkoumána interakce těchto klastrů s různými oxidovými nosiči, jako je ZrO2, Al2O3 a CeO2 tak, aby se pochopila role nosiče při stabilizaci klastrů a modulaci jejich katalytické aktivity. Tento výzkum bude zahrnovat zkoumání různých konfigurací klastrů, zkoumání role interakcí s nosiči kovů a hodnocení výkonnosti mono- i bimetalických nanokatalyzátorů. Rozsáhlý výzkum využívající teplotně programované reakce bude prováděn v souvislosti s klíčovými reakcemi pro energetické aplikace, včetně hydrogenace (např. CO2 na metanol) a dehydrogenace (např. cyklohexan na benzen), kde by tyto katalyzátory mohly potenciálně poskytnout účinnější, udržitelnější a nákladově efektivnější řešení. Kromě toho bude v rámci stávající mezinárodní spolupráce provedena komplexní charakterizace morfologie katalyzátorů, vývoje chemického složení a dalších faktorů pomocí technik in-situ a operando, aby bylo možné plně porozumět reakčním mechanismům.

Katalytická transformace C1 sloučenin na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: Dr. Joanna E. Olszówka (ÚFCHJH AV ČR)
C1 sloučeniny, jako je oxid uhličitý nebo metan, jsou považovány za hlavní skleníkové plyny a proto představují největší problém v rámci diskusí o změně klimatu. Obě zmíněné sloučeniny jsou také velmi stabilní, což ztěžuje jejich aktivaci a je důvodem, proč studie zaměřené na účinné katalytické systémy pro jejich transformaci v poslední době přitahují značnou pozornost. Nalezení vztahů mezi strukturou a funkcí má zásadní význam pro vývoj katalyzátorů. Základní pochopení vlivu velikosti a složení katalyzátoru včetně substrátu na efektivitu katalytického procesu však zůstává náročné u práškových katalyzátorů, které jsou mnohdy silně heterogenní. Primárním cílem této doktorské práce je paralelní studium práškových i modelovými katalyzátorů za totožných reakčních podmínek umožňující zodpovězení základních otázek týkajících se důležitých katalytických reakcí zaměřených na transformaci C1. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, včetně syntézy, charakterizace a testování práškových a modelových katalyzátorů. Projekt bude dále využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám, které navíc nabízejí nové příležitosti pro kariérní rozvoj vybraného kandidáta.

Teoretické studium přenosu náboje v nanostrukturách
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Možnost aktivně kontrolovat přenos náboje na atomární úrovni v nanostruktur otevírá nové možnosti v oblasti nanoelektroniky. Hlubší pochopení procesů spojených s přenosem náboje na atomární úrovni vyžaduje nové postupy v oblasti teoretických simulací. Cílem práce je osvojení si teorie funkcionálu hustoty a její aplikaci na vybrané problémy přenosu náboje v nanostrukturách. Teoretické výpočty budou prováděny v úzké spolupráci s experimentálními měřeními. V rámci doktorského studia je předpokládán další vývoj počítačových simulací.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, popř. kvantové chemie, znalost programovacího jazyku (Fortran, C, atd.) vítána.

Chemické a fyzikální vlastnosti molekulárních nanostruktur na površích studované pomocí rastrovacích mikroskopů
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Současný rozvoj rastrovacích mikroskopů pracujících v ultra-vysokém vakuu umožňuje provádět měření s vysokým rozlišením atomárních sil a tunelovacích proudů na jednotlivých atomech či molekulách na povrchu pevné látky. Možnost současného měření atomárních sil a tunelovacího proudu otvírá zcela nové možnosti pro charakterizaci jednotlivých molekul nebo molekulárních nanostruktur na povrchu pevné látky. Cílem této práce je osvojení si práce s mikroskopem atomárních sil a rastrovacím tunelovacím mikroskopem pracujícím ve vysokém vakuu. V rámci studia bude provádět měření atomární a elektronové struktury vybraných molekulárních komplexů na povrchu pevných látek s vysokým rozlišení. Hlavním cílem práce je studium vybraných chemických a fyzikálních vlastností molekulárních systémů.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, znalost základních principů rastrovacích mikroskopů vítána.

Modulace fyzikálně-chemických vlastností vícenásobných nanoemulzí pro řízené dávkování aktivních substancí
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Cílem práce je detailní pochopení a kvantifikace procesů samo organizace vícenásobných nanoemulzí O/V/O a V/O/V na bázi micelárních soustav polysacharidů stabilizovaných fosfolipidy. Práce bude zaměřena na vlastní přípravu těchto systémů, mechanismus jejich stabilizace, depozice a solidifikace v polymerním filmu vzhledem k jejich konečné funkční aplikaci v obalovém průmyslu, studium možnosti jejich přípravy a zpracování v technické praxi. Bude provedena charakterizace jejich mikrostruktury a makro strukturního uspořádání, vliv technologie přípravy a zpracování na výsledné fyzikálně-chemické a materiálové vlastnosti těchto soustav.

Studium přírodních antioxidantů pro terapeutické aplikace
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Přírodní antioxidanty hrají významnou roli v ochraně organismu před vznikem nádorových onemocnění. Jedná se zejména o využití jejich antioxidačních vlastností v lidském organismu. Cílem práce bude porovnání antioxidantů získaných z vybraných typů přírodních rostlinných produktů, zejména vzhledem k jejich schopnosti jako radikálových lapačů. Budou určeny základní kinetické parametry zhášení těchto radikálů účinkem antioxidantů, jejich identifikace a termická případně chemická stabilita v různých prostředích.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Současný vývoj v oblasti nanotechnologií směřuje od přípravy a využití izolovaných nanočástic k systémům, kdy jsou pevně zachyceny na vhodném podkladu (koloidní částice, mikročástice či makrosystémy). Takovéto kompozity vykazují jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti, odlišné od samotných nanočástic. Mimo zvýšené agregátní stability nanočástic dochází často k synergickému efektu zlepšení fyzikálně chemických vlastností zmíněných materiálů (např. katalytická aktivita, optické vlastnosti, separace, agregátní stabilita, atd.).
Cílem této práce bude výzkum a vývoj v oblasti přípravy, charakterizace a aplikace nanočástic ušlechtilých kovů (měď, stříbro, zlato, platina, paladium, atd.) případně jejich sloučenin. Oblast přípravy bude výzkum zacílen na vývoj a optimalizaci metod přípravy nanočástic a nanokompozitů na bázi uvedených kovů a případně jejich sloučenin (ve formě vodných disperzí, samoorganizovaných vrstev či imobilizovaných částic na nosičích typu: SiO2, Al2O3, ZrO2, FexOy, sklo, křemen, aj.) včetně jejich charakterizace (velikost, morfologie, stabilita, atd.). Zmíněné materiály budou následně studovány a testovány z hlediska jejich efektivity pro účely heterogenní katalýzy či spektroskopických aplikací (povrchem zesílená Ramanova spektroskopie).
V oblasti katalýzy jsou mikro či nanočástice, případně nanokompozity používány ve velmi velkém měřítku v oblasti organické syntézy (Ullmannova syntéza, Fischer-Tropsch syntéza, příprava amoniaku (Haber-Bosch reakce), hydrogenační či dehydrogenační reakce, Suzukiho reakce, atd.), dále v oblasti velmi intenzivně se rozvíjejících oblastech jakými jsou palivové články, fotovoltaika, fotokatalýza, fotochemické štěpení vody, katalyzátory v automobilech pro oxidaci nespálených uhlovodíků, oxidu uhelnatého a redukci oxidů dusíku. Další významnou aplikací zmíněných materiálů je jejich použití v pokročilých oxidačních procesech využívaných pro sanační technologie používaných pro čištění odpadních vod a starých ekologických zátěží. Společným a často se vyskytujícím požadavkem podmiňujícím průmyslovou aplikaci je jejich schopnost odbourávat toxické a často také perzistentní organické polutanty, které vzdorují nebo přímo deaktivují tradičně používaný biologický stupeň, tvořící nedílnou součást většiny čističek odpadních vod.

Příprava nanočástic a nanokompozitů pro spektroskopické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie se řadí mezi moderní analytické techniky umožňující detekovat velmi nízké koncentrace látek. Neustálý vývoj Ramanovských spektrometrů má za následek, že tyto instrumenty se stávají cenově dostupnější a díky tomu se stále více rozšiřuje počet těchto přístrojů nejen na vědeckých pracovištích, ale zejména se tyto přístroje stávají běžnou součástí komerčních laboratoří. Velmi důležitou oblastí, kde lze tyto přístroje nalézt, ať již ve formě klasických či zejména mobilních verzích, jsou vybrané složky policie, hasičského záchranného sboru či armády, kde jsou tyto instrumenty využívány pro identifikaci hořlavin, drog, výbušnin, apod. Jelikož má povrchem zesílená Ramanova spektroskopie velmi značný potenciál, který ji předurčuje k budoucímu rozšíření do mnoha oblastí lidské činnosti (rychlá a citlivá detekce výbušnin, drog, či detekce markerů pro stanovení chorob, toxikologie, forenzní analýza atd.), tak cílem dané problematiky bude reprodukovatelná příprava efektivních, spolehlivých, a jednoduše použitelných substrátů založených na bázi stříbra a zlata.

Studium a vývoj termosetických kompozitních materiálů pro využití v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Ve spolupráci s firmou HVM plasma s.r.o. bude vyvíjen termosetický kompozit typu Bulk Moulding Compound (BMC) s vlastní průmyslovou výrobou a know-how. V rámci bude realizován rozsáhlý experimentální výzkum zahrnující soubor zkoušek a metodik, jejichž mají za úkol výsledky potvrdit konkurenceschopnost navržené BMC směsi. Zjištěné vlastnosti jsou srovnatelné s referenční komerční směsí využívanou pro vstřiko-lisování (compression/injection molding) dílů typu housing světlometů, což bude dále testováno. Získaná experimentální data dále umožní systematicky vyhodnotit vliv složení a procesních parametrů jednotlivých komponent na výsledné vlastnosti vytvrzeného BMC, včetně projevu zrání materiálu, a současně charakterizovat reologické chování nevytvrzených směsí. Cílem bude zvýšení tepelné vodivosti z 0,5-1 W/k·m na 10-20 W/k·m. Průmyslově významně tepelně vodiví kompozitní díl, lehčí a levnější než hliník dostačující pro aplikace např. heatsink elektroniky a LED modulů. Bude testováno využití aditiv pro vyrovnání povrchu a zlepšení reologických i mechanických vlastností. Také bude studována potřeba lakování povrchu vylisovaného dílu pro následné pokovení. Dalším směrem výzkumu bude studium aditiv pro úpravu vlastností ve všech připravovaných typech BMC a snížení hmotnosti za současného zachování mechanických a reologických vlastností BMC směsi a cenové konkurenceschopnosti.

Lignocelulózové nanomateriály na bázi celulózy, hemicelulózy a ligninu: enzymatická povrchová funkcionalizace
Školitel: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.
Celulóza, hemicelulóza a lignin představují základní složky lignocelulózové biomasy a nacházejí stále širší uplatnění v oblasti nanomateriálů. Rostlinná a dřevní odpadní hmota (lignocelulózová biomasa) je cenným a obnovitelným zdrojem, který lze využít pro výrobu celé řady komerčních produktů. V současnosti existuje až 200 různých technik extrakce určených k získávání druhotných surovin z těchto odpadních materiálů. Celulóza, hemicelulóza a lignin tvoří hlavní složky buněčné stěny dřeva. Jsou rovněž hojně zastoupeny v dřevitých částech rostlin, případně v jejich plodech. Celulóza se nachází také v měkkých částech rostlin, jako jsou stonky a listy, a tvoří dominantní složku lignocelulózového odpadu. Díky své široké dostupnosti a obnovitelnosti představují tyto biopolymery atraktivní prekurzory pro využití v širokém spektru aplikací.
Z této skupiny materiálů je v současnosti nejvíce prozkoumána celulóza jako prekurzor pro přípravu nanomateriálů. Za nanocelulózové materiály jsou obecně považovány celulózové struktury, u nichž alespoň jeden rozměr dosahuje nanoměřítka. Nejčastěji se připravují ve formě celulózových nanokrystalů (CNC), celulózových nanofibril (CNF) a bakteriální nanocelulózy (BNC). Nanocelulózové materiály nacházejí uplatnění zejména ve formě hydrogelů a aerogelů, v nano-uhlíkových kompozitech, uhlíkových kompozitech na bázi kvantových teček, kompozitech s uhlíkovými nanotrubicemi, grafenových nanomateriálech, organických polymerních matricích, anorganických nanokompozitech a nanogelech složených z biopolymerů nebo hydrogelů. Dominantní využití nacházejí v oblasti materiálových a biomedicínských věd, a to díky své dlouhodobé stabilitě, anizotropnímu tvaru, příznivým mechanickým vlastnostem, vynikající biokompatibilitě, bohaté povrchové chemii a výrazným optickým vlastnostem. V posledních letech je nanocelulóza intenzivně studována pro řadu aplikací, jako jsou tenké filmy, fotonické struktury, povrchová funkcionalizace, nanokompozity, adaptabilní optoelektronika a lékařské aplikace, například pro regeneraci tkání. Mezi hlavní výhody nanocelulózy patří její ekologická povaha, účinné chemické a fyzikální vlastnosti a vysoká homogenita materiálů, které lze z tohoto biomateriálu získat.

Nanomateriály pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanočástice ušlechtilých kovů vykazují díky svým specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem vysokou chemickou aktivitu, konkrétně vysokou katalytickou aktivitu. Katalytické účinky jsou dány jednak samotnou chemickou povahu uvedených kovů, a navíc mohou být zvýšeny nanorozměry a morfologií částic těchto kovů, které vedou k obrovskému nárůstu plochy povrchu daného kovu nutnému pro efektivní průběh heterogenní katalýzy. Nanočástice kovů skupiny I. B vykazují vysokou katalytickou aktivitu zejména v redox reakcích, kovy skupiny platiny a kovy příbuzné jsou pak vysoce efektivní v reakcích za účasti vodíku, což se týká zejména syntézy jednoduchých uhlovodíků a jejich derivátů (např. Fischer-Tropschova syntéza). V oblasti katalytických aplikací lze výzkum a vývoj zaměřit zejména na syntézu a vývoj vysoce katalyticky efektivních nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin aplikovatelných např. pro environmentální technologie (např. redoxní reakce a likvidace polutantů ve vodách), nebo v oblasti průmyslové chemie v řadě chemických procesů (výroba ethylenoxidu, Fisher-Tropschova syntéza) či v oblasti technologií pro energetiku (reformace CO2 na metanol, vysoce aktivní elektrody pro palivové články). Praktické aplikace nanomateriálů jsou však často doprovázeny agregátní nestabilitou nanočástic kovů či omezenou možností separace po provedení reakce v reálných aplikačních systémech. Jednou z možností, jak předcházet těmto nežádoucím jevům, je ukotvení nanočástic kovů na zvolené inertní substráty. Jako příklad lze uvést přírodní hlinitokřemičitanové materiály, oxidy kovů či magnetické materiály, jako jsou oxidy železa, které dále usnadňují magnetickou separaci katalyzátoru po provedení reakce.

Nanomateriály pro biologické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanostrukturní materiály jsou unikátní díky specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem, které se odráží i ve specifické interakci s živými organismy, díky čemuž nanomateriály vykazují ojedinělé biologické vlastnosti. Užitné vlastnosti nanomateriálů s biologickými vlastnostmi jsou široké a lze je využít např. v medicíně k léčbě či diagnostice onemocnění, biologicky aktivní nanomateriály mohou být uplatněny v průmyslových odvětvích či v environmentálních aplikacích pro odstranění nežádoucích biologických, především mikrobiálních, kontaminací. Typickým příkladem jsou nanočástice stříbra, které vykazují vysokou antimikrobiální aktivitu, které lze využít v léčbě mikrobiálních infekcí včetně těch, které jsou způsobeny vysoce rezistentními bakteriálními kmeny, u nichž selhává léčba pomocí klasických antibiotik. Na druhou stranu je potřeba brát zřetel na případné nežádoucí biologické účinky nanomateriálů při interakci s biologickými systémy, které se mohou vyskytovat právě díky jejich unikátním a neobvyklým biologickým vlastnostem. Studium mechanismu interakce nanomateriálů s biologickými systémy na různé buněčné úrovni a jejich využití pro biologické a medicínské aplikace tak představuje velice zajímavou a pestrou vědecko-výzkumnou oblast.

Katalytická aktivita nanočástic kovů a jejich kompozitů pro aplikace v energetice
Školitel: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Nanomateriály na bázi kovů a jejich sloučenin oplývají řadou unikátních vlastností z pohledu řady přírodovědných oborů. Z hlediska chemie se jedná zejména o jejich katalytickou aktivitu, která je v prvé řadě spojena s vysokým poměrem mezi atomy či molekulami na povrchu částice oproti jejímu objemu. Současný vývoj v oblasti nanotechnologií pro energetické aplikace souvisí právě s touto vysokou katalytickou aktivitou nanomateriálů. Mimo výzkum směřující k vývoji nových systémů získávání energie ať již chemickou cestou (elektrochemické články) či cestou konverze sluneční energie je pozornost řady výzkumných týmů zaměřena i do oblasti uchování energie v energeticky bohatých sloučeninách. Jednu z takových reakcí, která umožňuje uchování získané energie pro pozdější použití a současně eliminuje i část nepříznivých emisí oxidu uhličitého je redukce tohoto produktu spalování fosilních paliv za vzniku řady organických sloučenin pro zpětné použití v energetice, ale i s další využitelností pro chemický průmysl či dopravu. Jedná se o reakci redukce oxidu uhličitého vodíkem za vzniku řady uhlovodíků a dalších organických sloučenin, typicky methanolu. Tato reakce, obdobná Fischer-Tropschově syntéze uhlovodíků z oxidu uhelnatého, probíhá efektivně jen s pomocí katalytických systémů na bázi kovů či jejich sloučenin (nejčastěji oxidů). Dlouhodobé zkušenosti z oblasti výzkumu katalytické aktivity kovových nanomateriálů na půdě PřF UPOL vedly v poslední době k vývoji efektivního kompozitního nanokatalyzátoru pro tuto reakci na bázi nanočástic mědi navázaných na nanostrukturovaném oxidu železitém. První testy tohoto katalyzátoru ve spolupráci s katalytickou skupinou Dr. Vajdy z Argonne National Laboratory (Chicago, USA) ukázaly vysokou aktivitu tohoto katalyzátoru vzhledem k produkci uhlovodíků. Další výzkum bude prováděn za pomoci mikroreaktoru firmy PID pro studium heterogenní katalýzy v plynných reakčních systémech s propojením s analytickým systémem na bázi GC/MS. Hlavním cílem tohoto tematického zaměření doktorské práce tak bude výzkum a vývoj katalytického systému na bázi nanočástic ušlechtilých kovů kombinovaných s nanočásticemi oxidů železa s vysokou katalytickou aktivitou pro nízkoteplotní (do cca 300 °C) hydrogenaci oxidu uhličitého za vzniku dále využitelných sloučenin nejen pro energetiku, ale i další oblasti lidské činnosti.

Fázové přechody a možnost jejich ovlivnění za pomoci nanotechnologií
Školitel: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Fázové přechody mezi skupenskými stavy u čistých látek (fázové přechody 1. řádu) jsou jednoznačně určeny teplotou a tlakem okolí, s nímž je studovaný systém v rovnováze. Slovo rovnováha zde ovšem hraje velmi důležitou roli, protože pokud je studovaný systém mimo rovnováhu (vyvolanou například velmi rychlým ochlazováním), nedochází k fázovému přechodu za podmínek určených pro rovnovážný stav a soustava může po určitou dobu existovat v jiném skupenství, než by tomu bylo za rovnovážných podmínek (metastabilní stavy, např. voda podchlazená pod 0°C). Podobné situace lze ovšem dosáhnout i tak, že původní čistou látku smícháme s jinou látkou a vzniklá směs se pak chová z hlediska skupenského stavu odlišně od původní čisté látky (např. přídavek ethanolu do vody snižuje teplotu tuhnutí vzniklé směsi oproti čisté vodě, jak popisuje Raoultův zákon v podobě kryoskopické rovnice). Přechody mezi skupenskými stavy se ale v reálném světě řídí velmi složitými zákony, souvisejícími s problematikou tvorby nové fáze. Vznik nové fáze v objemu fáze původní vyžaduje vynaložení určité práce nutné na vytvoření fázového rozhraní – homogenní nukleace. Tato práce souvisí s již výše zmíněným vychýlením soustavy z rovnovážného stavu (u kapalin je to typicky podchlazení). Přítomností heterogenních příměsí (typicky nečistoty) v původní fázi lze ale tuto práci na vytvoření nového fázového rozhraní výrazně snížit za situace, kdy nově vznikající fáze smáčí povrch heterogenní příměsi (např. krystalizační centra). Mnohé oblasti běžné lidské praxe ovšem narážejí na limity dané ať už potřebou dodání velkého množství práce pro uskutečnění fázového přechodu (např. výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl) nebo naopak související s příliš rychlým průběhem fázového přechodu díky přítomnosti vhodného povrchu pro vznik nové fáze (např. rosení skel v chladném počasí). Ovlivnění fázových přechodů oběma směry tak představuje důležitou oblast fyzikálně chemického výzkumu, kde mohou nalézt své uplatnění i nanotechnologie. Nanočástice díky vysokému poměru počtu povrchových atomů vůči počtu atomů v objemu částice oplývají přebytkem povrchové energie a jsou tak ideálním nástrojem pro modifikaci průběhu fázových přechodů čistých látek. I velmi malé množství hmoty rozptýlené do nanorozměrů může zásadně ovlivnit nejen technologické procesy, ale i procesy probíhající přirozeně v přírodě. Lidé už dlouho využívají rozprašování velmi malých částic AgI do atmosféry pro vyvolání deště, protože na těchto malých částicích dochází ke kondenzaci vodních par za vzniku mraků a tedy deště. Rovněž výroba umělého sněhu pomocí sněhových děl probíhá snadněji po přídavku disperze velmi malých částic do rozstřikované vody, protože na nich dochází snadněji ke tvorbě krystalků ledu oproti situaci, kdy by krystalky ledu musely vznikat homogenní nukleací. Ale existují i nepříznivé situace vyvolané člověkem v přírodě (i když neúmyslně), které zhoršují poměry v životním prostředí. Aerosoly produkované lidskou činností (doprava, průmyslové exhalace i exhalace z domácností) způsobují kondenzaci vodních par v hustě obydlených aglomeracích za tvorby velmi nízké oblačnosti, která omezuje další proudění škodlivin v ovzduší do větších vzdáleností a jejich zvýšené koncentrace se tak projevují jako zdraví škodlivý smog, což je směs mikrokapiček vody, tuhých částeček a řady toxických plynných látek produkovaných jak člověkem tak i účinkem slunečního záření na tento chemický kotel dusící zejména v zimním období mnohá světová velkoměsta.

Studium reakcí na površích pevných látek
Školitel: Mgr. Adam Matěj, Ph.D.
Toto téma disertační práce se zaměří na teoretické studium chemických reakcí, které probíhají na površích pevných látek. Zejména zajímavým a mladým odvětvím je využití prostředí ultravysokého vakua (UHV) a monokrystalů jako substrátu. Oproti konvenční syntéze v roztoku nabízí tato metoda například katalytické vlastnosti čistě dvoudimenzionálních rozhraní (planarizace a omezení reakčního prostoru do roviny), reaktivní adatomy kovů, absenci kontaminace a obchází problémy s rozpustností jak reaktantů, tak produktů. Ve spojení s dostupnými experimentálními daty bude student(ka) navrhovat možné reakční cesty a ověřovat jejich správnost a schůdnost pomocí kvantově mechanických simulací reakčních bariér za podmínek experimentu. Pro samotné výpočty bude používat převážně metody založené na teorii funkcionálu hustoty (DFT) v kombinaci s molekulovou mechanikou a molekulovou dynamikou. V případě silně korelovaných systémů budou použity pokročilé multikonfigurační a multireferenční metody pro přesný popis elektronové struktury studovaných molekul. Dále se bude student(ka) podílet na vývoji a validaci výpočetních protokolů pro pozorované reakce. Během doktorského studia si tak osvojí rozsáhlý arzenál výpočetních metod, naučí se konstruktivní diskuze s experimentátory z řad syntetiků a operátorů UHV-STM (skenovací tunelovací mikroskopie v UHV) a důraz bude také kladen na kvalitní prezentaci dosažených výsledků na zahraničních konferencích.

Interakce guaninových kvadruplexů s bílkovinami
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
G-kvadruplexy představují unikátní čtyřřetězcový konformační motiv nukleových kyselin, který se tvoří v sekvencích bohatých na guanin. Tyto struktury byly identifikovány nejen v DNA, ale také v RNA, a jsou spojovány s důležitými biologickými procesy, jako je regulace genové exprese, replikace DNA či udržování telomer.
Bílkoviny schopné rozpoznávat a vázat se na G-kvadruplexy jsou zapojeny do širokého spektra buněčných procesů, a jejich dysfunkce může vést k rozvoji různých onemocnění, včetně rakoviny a neurodegenerativních chorob. Studium těchto interakcí nabízí příležitost k pochopení molekulárních mechanismů, které regulují biologické funkce G-kvadruplexů. Získané poznatky mohou přispět k vývoji nových terapeutických strategií, například cílených léčiv. Téma této disertační práce se zaměřuje na detailní zkoumání interakcí mezi G-kvadruplexy a bílkovinami, přičemž bude využito teoretických přístupů, jako molekulového modelování a zejména simulací molekulové dynamiky. Tyto metody umožní detailní analýzu struktury a dynamiky komplexů, což přispěje k hlubšímu porozumění jejich biologických funkcí a roli v buněčných procesech.

Studium balení nekanonických motivů nukleových kyselin
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
Nekanonické struktury nukleových kyselin, jako jsou guaninové kvadruplexy, i-motivy a další méně běžné konformační motivy, hrají zásadní roli v mnoha biologických procesech. Tyto struktury se vyznačují jedinečnou stabilitou a dynamikou, která je klíčová pro jejich funkci. Balení těchto nekanonických struktur zahrnuje složité přechodné stavy a intermediáty, jejichž existence je důležitá pro pochopení mechanismu vzniku nativní struktury.
Cílem této práce je detailní analýza mechanismů balení vybraných nekanonických struktur nukleových kyselin prostřednictvím metod počítačového modelování, zejména standardních a pokročilých simulací molekulové dynamiky. Výzkum se zaměří na identifikaci a charakterizaci klíčových kroků při formování těchto struktur. Získané výsledky přispějí k lepšímu pochopení dynamiky balení těchto struktur a jejich role v biologických procesech.

Hydrogenační reakce katalyzované velikostně selektovanými multimetalickými klastry
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Globální oteplování je kritickým problémem, který je z velké části způsoben emisemi CO2. Účinné řešení této výzvy vyžaduje inovativní řešení, jako je například katalytická hydrogenace CO2. Tento proces nejen odstraňuje CO2 z atmosféry, ale také jej přeměňuje na hodnotné produkty související s energií. Mezi nejslibnější metody patří katalyzátory na bázi velikostně selektovaných metalických klastrů, které v této reakci prokázaly pozoruhodnou efektivitu. Klastry jsou agregáty hmoty skládající se pouze z několika atomů, s chemickými a fyzikálními vlastnostmi, které se nelineárně mění s jejich velikostí a složením. Přesným řízením počtu atomů v těchto klastrech je možné optimalizovat jejich aktivitu a selektivitu směrem k požadovaným produktům. Kromě toho kombinace různých kovů v klastrech a využití interakcí mezi klastry a jejich substrátem odemyká další stupně volnosti, což umožňuje návrh vysoce účinných multimetalických subnanometrových katalyzátorů. Tento doktorandský výzkum se zaměří na zkoumání katalytického výkonu těchto pokročilých materiálů, primárně, ale ne výhradně, při hydrogenaci CO2. Výzkum se může rozšířit i na další průmyslově významné hydrogenační reakce. Práce budou prováděny v nejmodernějších laboratořích Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR, kde jsou syntetizovány velikostně vybrané klastry a ukládány na technologicky relevantní nosiče a testovány v reaktorových systémech vyrobených na míru. Rozsáhlá síť mezinárodních spoluprací oddělení navíc poskytuje přístup ke špičkovým zařízením po celém světě pro další charakterizaci těchto katalyzátorů.

Vliv velikosti a složení trimetalických nanokatalyzátorů na bázi klastrů na jejich katalytické účinky
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Velikostně vybrané klastry, tedy útvary složené pouze z několika atomů, vykazují pozoruhodné vlastnosti, které se výrazně liší od vlastností objemových materiálů, nanočástic nebo jednotlivých atomů. Zajímavé je, že přidání nebo odstranění jediného atomu může drasticky změnit jejich fyzikální a chemické chování. Tato jedinečná vlastnost je zvláště cenná při katalýze, kde přesná kontrola velikosti klastru umožňuje jemné doladění katalytické aktivity a selektivity. Nedávný technologický pokrok nejen usnadnil kontrolu nad velikostí těchto klastrů, ale také umožnil manipulaci s jejich chemickým složením. Například bimetalové shluky vybrané podle velikosti prokázaly synergické účinky mezi dvěma kovy. Tato synergie umožňuje nahradit drahé kovy, jako je platina, cenově dostupnějšími alternativami, jako je stříbro, při zachování nebo dokonce zvýšení katalytického výkonu. Primárním cílem této doktorské práce je učinit další krok ve studiu katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů s definovanou velikostí. Tyto pokročilé systémy nabízejí ještě větší potenciál pro katalytické inovace než přístupy založené na nanočásticích či jednotlivých atomech. Syntéza těchto klastrů je dosažitelná pomocí nejmodernějších klastrových zdrojů na Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR. Tyto zdroje umožňují nanášení klastrů na podpůrné oxidy, po nichž následuje testování v rozmanité škále reakcí – od modelových reakcí, jako je oxidace CO, až po náročnější a kritičtější procesy, jako je reformování metanu nebo syntéza amoniaku. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, který zahrnuje syntézu, charakterizaci a testování katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů. Kromě toho bude projekt využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám pro modelování a pochopení těchto systémů.

Nanokatalyzátory na bázi atomárních klastrů pro hydrogenační a dehydrogenační reakce
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Nanokatalyzátory na bázi kovových klastrů si získaly značnou pozornost díky své vysoké aktivitě a selektivitě v různých chemických reakcích, a to díky jedinečným vlastnostem vykazovanými materiály v nanoměřítku. Kovové klastry, které se obvykle skládají pouze z několika atomů, mají charakteristické katalytické chování, které vyplývá z jejich malé velikosti a velkého povrchu. Tyto klastry jsou často aktivnější a selektivnější ve srovnání s objemovými kovy, a to kvůli zvýšenému počtu nenasycených koordinačních míst, která lze přizpůsobit pro specifické reakce. Všestrannost kovových klastrů se dále zvyšuje, když jsou kombinovány do bimetalových systémů, kde interakce mezi dvěma odlišnými kovy může vést k synergickým efektům, které zvyšují katalytický výkon. Interakce mezi klastry a jejich substráty je také kritickým faktorem ovlivňujícím katalytickou účinnost, stabilitu a reaktivitu systému. Využití takto podporovaných klastrů, zejména v souvislosti s hydrogenačními a dehydrogenačními reakcemi, je zvláště slibné pro energetické aplikace, jako je skladování vodíku, vývoj udržitelných paliv a chemický průmysl, kde nanokatalyzátory mohou usnadnit aktivaci reaktantů nebo transformaci složitých molekul s vysokou účinností. Cílem tohoto doktorského výzkumu je vyvinout a studovat klastry přechodných kovů se zvláštním zaměřením na velikostně vybrané klastry, které zajišťují přesnou kontrolu nad počtem atomů v každém klastru. Monometalické i bimetalické klastry budou syntetizovány s důrazem na nahrazení vzácných kovů nákladově efektivnějšími alternativami, což by mohlo tyto katalyzátory učinit ekonomicky životaschopnějšími. Bude zkoumána interakce těchto klastrů s různými oxidovými nosiči, jako je ZrO2, Al2O3 a CeO2 tak, aby se pochopila role nosiče při stabilizaci klastrů a modulaci jejich katalytické aktivity. Tento výzkum bude zahrnovat zkoumání různých konfigurací klastrů, zkoumání role interakcí s nosiči kovů a hodnocení výkonnosti mono- i bimetalických nanokatalyzátorů. Rozsáhlý výzkum využívající teplotně programované reakce bude prováděn v souvislosti s klíčovými reakcemi pro energetické aplikace, včetně hydrogenace (např. CO2 na metanol) a dehydrogenace (např. cyklohexan na benzen), kde by tyto katalyzátory mohly potenciálně poskytnout účinnější, udržitelnější a nákladově efektivnější řešení. Kromě toho bude v rámci stávající mezinárodní spolupráce provedena komplexní charakterizace morfologie katalyzátorů, vývoje chemického složení a dalších faktorů pomocí technik in-situ a operando, aby bylo možné plně porozumět reakčním mechanismům.

Katalytická transformace C1 sloučenin na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: Dr. Joanna E. Olszówka (ÚFCHJH AV ČR)
C1 sloučeniny, jako je oxid uhličitý nebo metan, jsou považovány za hlavní skleníkové plyny a proto představují největší problém v rámci diskusí o změně klimatu. Obě zmíněné sloučeniny jsou také velmi stabilní, což ztěžuje jejich aktivaci a je důvodem, proč studie zaměřené na účinné katalytické systémy pro jejich transformaci v poslední době přitahují značnou pozornost. Nalezení vztahů mezi strukturou a funkcí má zásadní význam pro vývoj katalyzátorů. Základní pochopení vlivu velikosti a složení katalyzátoru včetně substrátu na efektivitu katalytického procesu však zůstává náročné u práškových katalyzátorů, které jsou mnohdy silně heterogenní. Primárním cílem této doktorské práce je paralelní studium práškových i modelovými katalyzátorů za totožných reakčních podmínek umožňující zodpovězení základních otázek týkajících se důležitých katalytických reakcí zaměřených na transformaci C1. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, včetně syntézy, charakterizace a testování práškových a modelových katalyzátorů. Projekt bude dále využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám, které navíc nabízejí nové příležitosti pro kariérní rozvoj vybraného kandidáta.

Teoretické studium přenosu náboje v nanostrukturách
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Možnost aktivně kontrolovat přenos náboje na atomární úrovni v nanostruktur otevírá nové možnosti v oblasti nanoelektroniky. Hlubší pochopení procesů spojených s přenosem náboje na atomární úrovni vyžaduje nové postupy v oblasti teoretických simulací. Cílem práce je osvojení si teorie funkcionálu hustoty a její aplikaci na vybrané problémy přenosu náboje v nanostrukturách. Teoretické výpočty budou prováděny v úzké spolupráci s experimentálními měřeními. V rámci doktorského studia je předpokládán další vývoj počítačových simulací.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, popř. kvantové chemie, znalost programovacího jazyku (Fortran, C, atd.) vítána.

Chemické a fyzikální vlastnosti molekulárních nanostruktur na površích studované pomocí rastrovacích mikroskopů
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Současný rozvoj rastrovacích mikroskopů pracujících v ultra-vysokém vakuu umožňuje provádět měření s vysokým rozlišením atomárních sil a tunelovacích proudů na jednotlivých atomech či molekulách na povrchu pevné látky. Možnost současného měření atomárních sil a tunelovacího proudu otvírá zcela nové možnosti pro charakterizaci jednotlivých molekul nebo molekulárních nanostruktur na povrchu pevné látky. Cílem této práce je osvojení si práce s mikroskopem atomárních sil a rastrovacím tunelovacím mikroskopem pracujícím ve vysokém vakuu. V rámci studia bude provádět měření atomární a elektronové struktury vybraných molekulárních komplexů na povrchu pevných látek s vysokým rozlišení. Hlavním cílem práce je studium vybraných chemických a fyzikálních vlastností molekulárních systémů.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, znalost základních principů rastrovacích mikroskopů vítána.

Vysvětlitelná umělá inteligence využívající fuzzy systémy
Explainable artificial intelligence using fuzzy systems
Školitel: doc. RNDr. Eduard Bartl, Ph.D.
Tématem práce je propojení soudobých přístupů umělé inteligence (zejména datově řízených modelů založených na konvolučních neuronových sítích) s fuzzy systémy. Hlavním cílem je zvýšit vysvětlitelnost těchto přístupů bez výrazné ztráty predikční přesnosti. Navržené metody budou testovány na reálných medicínských datech, především na úloze segmentace mikroskopických snímků buněk.

Analýza relačních dat
Relational data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody a algoritmy pro analýzu relačních dat, zejména pro hledání shluků a pojmů v datech, závislostí v datech, faktorizace a snižování dimenzionality dat. Součástí práce bude zkoumání časové složitosti vybraných problémů a navrhovaných algoritmů a testování metod a algoritmů na datech.

Kognitivní psychologie v analýze dat
Cognitive psychology in data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody analýzy dat, zejména relačních dat, které zohledňují výsledky kognitivní psychologie. Součástí práce bude formalizace relevantních pojmů z kognitivní psychologie a studium těchto formalizovaných pojmů, a to jak teoretické, tak experimentální s využitím psychologických dat.

Zjednodušování axiomatických systémů
Simplification of axiomatic systems
Školitel: doc. RNDr. Miroslav Kolařík, Ph.D.
Cílem práce je řešení vybraných otevřených problémů v oblasti zjednodušování axiomatických systémů. Práce se zaměří na studium současných teoretických přístupů a existujících softwarových nástrojů, na jejichž základě budou navrženy nové algoritmy a implementován vlastní softwarový nástroj. Ten bude schopen automaticky odvozovat nové identity z daného axiomatického systému v mezích dostupných výpočetních zdrojů a ověřovat nezávislost jednotlivých axiomů prostřednictvím vyhledávání modelů, které splňují všechny axiomy systému s výjimkou jednoho.

Relační systémy v umělé inteligenci
Relational Systems in Artificial Intelligence
Školitel: doc. RNDr. Jan Konečný Ph.D.
Cílem práce je prozkoumat a vyvinout nové metody využití relačních systémů v oblasti umělé inteligence. Zaměření bude na aplikaci relačních modelů při reprezentaci znalostí, učení a inferenci. Součástí práce bude návrh a implementace algoritmů pro zpracování relačních dat v AI, analýza jejich výpočetní složitosti a experimentální ověření na reálných datech. Výzkum může zahrnovat využití relačních neuronových sítí, logických modelů nebo metod kombinujících symbolickou a subsymbolickou AI.

Agregační teorie na svazech a uspořádaných množinách
Školitel: Prof. Mgr. Radomír Halaš Dr.
Obsahem práce bude studium některých specifických vlastností agregačních funkcí na svazech a uspořádaných množinách

Variační úlohy v diferenciální geometrii
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium některých variačních úloh na diferencovatelných  varietách s geometrickými strukturami

Geodetická zobrazení a jejich zobecnění
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami

F-planární zobrazení a fyzikální aplikace
Školitel: RNDr. Patrik Peška, PhD.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami

Reprezentace reziduovaných struktur
Školitel: Doc. Mgr. Michal Botur Ph.D.
Cílem práce bude charakterizace některých významných tříd reziduovaných svazů (nebo odvozených struktur) pomocí nových konstrukcí, jakými mohou být nové typy strukturálních součinů, či nové konstrukce inspirované takzvanými "Kites" konstrukcemi a formulace odpovídajících reprezentačních teorií.

Subredukty některých reziduovaných struktur
Školitel:prof. RNDr. Jan Kühr, Ph.D.
Práce se bude věnovat (primárně implikačním) subreduktům některých reziduovaných struktur.

Kategoriální přístup ke strukturám kvantové logiky
Školitel: Mgr. Dominik Lachman, Ph.D.
Cílem práce je studium kvantových struktur, jako jsou efektové algebry a Frobeniovy algebry, a souvisejících konstrukcí (například tenzorový součin) v kontextu teorie kategorií. Práce se zaměřuje na obohacené a monoidální kategorie a na dagger-kompaktní kategorie.

Proměny role důkazu a argumentace ve výuce planimetrie na gymnáziích v letech 1970 - 2022: Didaktická analýza učebnic
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Cílem práce bude komparace různých přístupů k dokazování ve výuce planimetrie na SŠ.

Analýza distribučních dat v metabolomice
Školitel: Prof. RNDr. Karel Hron, Ph.D.
Při analýze spektrálních dat získaných v metabolomických experimentech lze sledovat jak absolutní hodnoty intenzit, tak jejich distribuční charakter. Ten může být ve zjednodušeném (mnohorozměrném) případě matematicky popsán jako kompoziční data, případně jako hustoty rozdělení pravděpodobnosti, pokud je zohledněna jejich funkcionální povaha. Každý objekt pak může být reprezentován jedním takovým spektrem, avšak toto lze zobecnit až k matici spekter v kontextu obrazových dat, kde jsou spektra definována na pravidelném (maticovém) gridu a vykazují určitou prostorovou závislost. Cílem dizertační práce je analyzovat tato data s využitím vhodných nástrojů statistiky a strojového učení (v kontextu distribučních dat užitím metodiky Bayesových prostorů) při porovnání různých přístupů za účelem dosažení efektivní klasifikace skupin objektů, typicky pacientů a kontrol.

Funkcionální regresní modely se složitou strukturou
Školitel: doc. RNDr. Eva Fišerová Ph.D.
Funkcionální analýza dat je soubor metodologií vhodných pro analýzu vysoce dimenzionálních měření, jako jsou křivky nebo povrchy, které data neuvažují jako posloupnost jednotlivých měření za sebou, ale jako celé funkce. Regresní modely jsou považovány za funkcionální, pokud lze s vysvětlující proměnnou, závislou proměnnou nebo s vysvětlující i závislou proměnnou zacházet jako s funkcemi. Cílem disertační práce je rozvoj vhodných statistických metod a algoritmů zaměřených na statistické modelování zejména v situacích, kdy náhodné chyby mají složitou varianční a korelační strukturu, existují restrikce na regresní parametry nebo pozorování jsou neúplná. Důraz bude kladen jak na teoretické aspekty týkající se odhadů, nejistoty a statistické indukce, tak i na praktickou implementaci a výpočetní proveditelnost.

Identifikační úlohy pro rozšířený Gaův model nosníku
Školitel: doc. RNDr. Jitka Machalová Ph.D., MBA
Práce se bude zabývat identifikačními úlohami pro rozšířený Gaův model nosníku zahrnující stavové úlohy ohybu a kontaktu s deformovatelným a dokonale tuhým podložím. Pro stavové úlohy budou studovány podmínky existence a jednoznačnosti řešení. Na tuto analýzu následně naváže formulace úloh identifikace parametrů a jejich řešitelnost. Stavové i identifikační úlohy budou numericky řešeny metodou konečných prvků s využitím splinové báze.

Využití spline funkcí v neuronových sítích
Školitel: doc. RNDr. Jitka Machalová Ph.D., MBA
Disertační práce se zaměří na studium využití spline funkcí v architekturách neuronových sítí, zejména ve formě spline aktivačních funkcí, spline bází a spline-based regularizace. Cílem práce bude analyzovat, jak začlenění splinů do neuronových sítí ovlivňuje aproximační vlastnosti, stabilitu učení, generalizační schopnost a interpretovatelnost modelů. Práce bude kombinovat teoretickou analýzu spline aproximací s návrhem a testováním spline-based neuronových sítí v kontextu moderního machine learningu.

Vliv parametrů B-splinové reprezentace dat na úlohy strojového učení
Školitel: doc. RNDr. Jitka Machalová Ph.D., MBA
Disertační práce se zaměří na studium B-splinové reprezentace dat a vlivu jejích parametrů na vlastnosti úloh strojového učení. Cílem práce bude analyzovat, jak volba parametrů B-splinové reprezentace, zejména rozmístění uzlů, řád splinu a penalizace, ovlivňuje stabilitu řešení, regularizaci a generalizační schopnost učících algoritmů. Práce bude zkoumat vztah mezi strukturou B-splinové reprezentace a chováním úloh formulovaných v rámci empirické rizikové minimalizace. Důraz bude kladen na teoretickou analýzu vlastností řešení a jejich ověření v regresních a klasifikačních úlohách strojového učení. Metody umělé inteligence budou využity jako standardní učící nástroje pro ilustraci důsledků volby parametrů B-splinové reprezentace.

Asymptotické metody v parciálních diferenciálních rovnicích
Školitel: RNDr. Rostislav Vodák Ph.D.
Cílem práce je studium a použití matematických metod, které umožňují asymptotickou analýzu řešení parciálních diferenciálních rovnic jako je redukce dimenze, chování pro čas jdoucí k nekonečnu apod.

Kauzální modely a jejich použití v medicínském výzkumu
Školitel: doc. Mgr. Ondřej Vencálek Ph.D.
Řada zásadních otázek v medicínském výzkumu má kauzální povahu – cílem je porozumět tomu, zda a jak určitý jev způsobuje jiný jev, případně jaká je pravděpodobnost, že intervence na jedné veličině povede ke změně veličiny jiné. Tradiční statistické metody se typicky zaměřují na identifikaci a kvantifikaci asociací, aniž by explicitně řešily kauzální interpretaci těchto vztahů (resp. často jsou výsledky různých analýz nesprávně interpretovány kauzálně). Oproti tomu metody kauzální inference, které zaznamenaly výrazný metodologický rozvoj v posledních desetiletích, poskytují formální rámec pro studium kauzálních efektů za přítomnosti tzv. confounderů a dalších zdrojů zkreslení.
Dizertační práce se bude zaměřovat na kauzální modely v medicínském výzkumu, zejména na jejich aplikaci v analýze přežívání a při modelování kategoriálních veličin. Pozornost bude věnována jak teoretickým aspektům těchto modelů, tak jejich praktickému využití při analýze reálných medicínských dat.

Proměny role důkazu a argumentace ve výuce planimetrie na gymnáziích v letech 1970 - 2022: Didaktická analýza učebnic
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.

Využití formální analýzy konceptů ve školské matematice
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na vybrané inovativní postupy v pregraduální přípravě učitelů matematiky.

Rozvoj konceptuálního porozumění v analytické geometrii prostřednictvím komparace Eukleidovské a Manhattanské metriky
Školitel: Doc. RNDr. Marek Jukl Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na analýzu porozumění  vybraných partií učiva geometrie prostřednictvím komparace různých metrik.

Zdůvodňování a dokazování v matematickém vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Cílem práce bude zjistit postavení geometrie v současné školské matematice.Metody výzkumu: analýza, komparace, dotazník, případně experiment.

Rozvoj prostorové představivosti žáků prostřednictvím digitálního modelování biomimetických skořepinových struktur
Školitel: Doc. RNDr. Marek Jukl Ph.D.

Implementace a evaluace inovativních didaktických strategií pro rozvoj nadaných žáků v matematickém vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.

Analýza rovnovážných stavů
Analysis of equilibria
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Nonlinear and multivalued analysis of equilibria will be considered to dynamical systems and differential inclusions. Standard well known equilibria are, for instance those of Nash in the frame of the game theory. Using the fractional and topological methods (degree arguments, or so), the existence, localization, multiplicity and stability results will be of an interest.

Mnohoznačné okrajové úlohy
Multivalued boundary value problems
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Boundary value problems for the second-order differential inclusions with Neumann boundary conditions will be under consideration. The applied technique will be based on a combination of topological (e.g. degree) arguments and Lyapunov-type bounding functions. The existence, localization and multiplicity results will be of an interest.

Skoroperiodické posloupnosti
Almost-periodic sequences
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
The hierarchy of almost-periodic sequences will be investigated in various metrics. The existence of almost-periodic solutions will be then considered. In the particular case of limit-periodic solutions, the difference equations will be preferably explored in the absence of global lipschitzianity imposed on the right-hand sides.

Analýza impulzních modelů
Analysis of impulsive models
Školitel: doc. RNDr. Jan Tomeček Ph.D.
Cílem této práce je vyšetřování aktuálních problémů z teorie impulzních diferenciálních rovnic.

Measurements and analyses of well-being in developing regions
Školitel: doc. Ing. Mgr. Jaromír Harmáček Ph.D.
The doctoral project focuses on the measurement and empirical analysis of well-being in low- and middle-income settings (regional preference: Sub-Saharan Africa ands/or MENA). It covers three linked levels: (i) subjective well-being (e.g., life satisfaction and affect), (ii) objective well-being at the individual/household level (e.g., income/consumption, assets, health, education, housing), and (iii) societal well-being at regional and/or national levels (place-based conditions and outcomes). The core emphasis is on robust measurement, comparability across contexts, and multi-level inference, combining micro-level survey evidence with regional and geospatial indicators; links to environmental sustainability and climate resilience are possible.
Methodologically, the research will rely primarily on quantitative analysis, integrating household/individual microdata (e.g., LSMS/DHS/MICS-type sources, and potentially targeted primary data collection) with regional and geospatial datasets to assess how place-based conditions shape lived well-being.
The dissertation is expected to produce four academic outputs, strongly preferably four journal articles in outlets with a non-zero impact factor. The final structure will be agreed with the supervisor, but potential article themes may include: measurement and validation (harmonizing subjective and objective well-being measures; testing cross-country/region comparability), household-level determinants (drivers of well-being and inequality; vulnerability to shocks), societal/regional well-being (linking place-based conditions to well-being outcomes across regions), well-being and the environment (impacts of climate/environmental stressors and resilience factors). Targeted journals may include Social Indicators Research, Journal of Happiness Studies, World Development, Applied Geography, Ecological Indicators, and Population and Environment, among others.

Kriminalita v prostoru a čase
Školitel: doc. Mgr. David Fiedor, Ph.D.

Historické malé vodní nádrže v současné krajině
Školitel: doc. Mgr. Jindřich Frajer, Ph.D.

Scientometrie a publikační strategie v geografii
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Trendy a struktury mobility obyvatelstva
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Zelené stěny v českých sídlech a jejich význam při tvorbě (mikro)klimatu
Školitel: doc. Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Popularita regionů České republiky v kontextu geografických představ a regionálního rozvoje
Školitel : Mgr. Miloslav Šerý, Ph.D.

Symbolická reprodukce deinstitucionalizovaných regionů
Školitel : Mgr. Miloslav Šerý, Ph.D.

Energetické chování českých domácností v kontextu energetické transformace
Školitel: RNDr. Bohumil Frantál, Ph.D.