Przykładowe tematy 

dr hab. Illia Serdiuk, prof. UG

Temat 1

Bądź eko, ale z powerem! Nowe organiczne i hybrydowe układy fotokatalityczne dla produkcji zielonego paliwa H₂ oraz redukcji CO₂ do użytecznych chemikaliów

Opis projektu:
Projekt koncentruje się na projektowaniu i badaniu zaawansowanych materiałów organicznych i hybrydowych zdolnych do konwersji energii słonecznej w paliwa i chemikalia w sposób zrównoważony. Poza aspektem chemicznym, kluczowe znaczenie mają tu procesy fotoindukowane: absorpcja światła, transfer ładunku, kinetyka stanów wzbudzonych oraz zjawiska powierzchniowe na poziomie nano- i mikrostruktur. Interdyscyplinarny charakter projektu umożliwia udział zarówno chemików, fizyków, jak i inżynierów materiałowych – każdy z tych obszarów wnosi unikalne kompetencje w rozwój funkcjonalnych układów fotokatalitycznych. Doktorant będzie mógł poznać każdy etap tworzenia układów fotkataliatycznych: od modelowania i projektowania struktury materiału, przez jego syntezę i zaawansowaną charakterystykę spektroskopową, aż po testowanie działania w prototypowych urządzeniach i analizę potencjału wdrożeniowego.

Zadania i wyzwania:

• Synteza i charakteryzacja innowacyjnych fotokatalizatorów (organicznych, hybrydowych, nanostrukturalnych)
• Budowa stanowisk do fotokonwersji CO₂.
• Badanie mechanizmów działania katalizatorów z wykorzystaniem spektroskopii czasowo-rozdzielczej (np. PL decay, transient absorption)
• Analiza kinetyki i dynamiki stanów wzbudzonych oraz transferu ładunku
• Modelowanie energetyki układów fotokatalitycznych (struktura elektronowa, poziomy HOMO–LUMO, pasma przewodnictwa i walencyjne)
• Optymalizacja warunków reakcji i ocena stabilności działania układów w warunkach rzeczywistych
• Integracja systemów z odnawialnymi źródłami światła (symulowane światło słoneczne)

Wymagania:

• Dla chemików: wiedza z chemii organicznej/fotokatalizy/syntezy materiałów
• Dla fizyków: znajomość spektroskopii, fizyki ciała stałego, dynamiki molekularnej
• Dla inżynierów materiałowych: doświadczenie w projektowaniu funkcjonalnych materiałów i ich właściwościach fizykochemicznych
• Gotowość do pracy w zespole interdyscyplinarnym
• Zainteresowanie zrównoważonym rozwojem i przyszłością energetyki

Temat 2

Naucz materię mówić! Smart-detektory z modulacją luminescencji pod wpływem temperatury, zanieczyszczeń lub promieniowania jonizującego

Opis projektu:
Projekt dotyczy opracowania inteligentnych materiałów luminescencyjnych i sensorycznych, które „komunikują” się poprzez zmianę sygnału optycznego w odpowiedzi na określone bodźce środowiskowe. Takie sensory mogą znaleźć zastosowanie w monitoringu środowiska i bezpieczeństwa, medycynie, przemyśle czy technologiach kosmicznych. Projekt ma charakter interdyscyplinarny i łączy wiedzę z chemii, fizyki i inżynierii materiałowej. W jego ramach doktorant będzie mógł poznać każdy etap tworzenia nowoczesnych sensorów: od modelowania i projektowania struktury materiału, przez jego syntezę i zaawansowaną charakterystykę spektroskopową, aż po testowanie działania w prototypowych urządzeniach do detekcji temperatury, zanieczyszczeń lub promieniowania jonizującego.

Zadania i wyzwania:

• Projektowanie i synteza funkcjonalnych materiałów luminescencyjnych (organicznych, metaloorganicznych, hybrydowych)
• Badanie mechanizmów emisji i transferu energii przy użyciu zaawansowanej spektroskopii (PL, TCSPC, transient spectroscopy)
• Analiza wpływu środowiska na zachowanie materiałów i ich sygnał luminescencyjny
• Ocena czułości i selektywności odpowiedzi sensorycznej
• Integracja materiałów z prostymi systemami odczytu (np. optycznymi lub elektronicznymi)

Wymagania:

• Dla chemików: wiedza z chemii organicznej/fotokatalizy/syntezy materiałów
• Dla fizyków: znajomość spektroskopii, fizyki ciała stałego, dynamiki molekularnej
• Dla inżynierów materiałowych: doświadczenie w projektowaniu funkcjonalnych materiałów i ich właściwościach fizykochemicznych
• Zainteresowanie badaniami interdyscyplinarnymi i tworzeniem technologii przyszłości
• Otwartość na współpracę w zespole z różnym zapleczem naukowym

Project Topic 1

Be eco and powerFuel! Novel organic and hybrid photocatalytic systems for green H₂ production and CO₂ reduction into valuable chemicals

Project description:
This project focuses on the design and investigation of advanced organic and hybrid materials capable of converting solar energy into fuels and chemicals in a sustainable way. Beyond chemistry, key roles are played by photoinduced processes: light absorption, charge transfer, excited-state kinetics, and surface phenomena at the nano- and microscale. The interdisciplinary nature of the project enables the involvement of chemists, physicists, and materials engineers, each bringing unique expertise to the development of functional photocatalytic systems.
As a PhD student, you will gain hands-on experience with every step of the photocatalyst development process: from molecular modelling and material design, through synthesis and advanced spectroscopic characterization, to performance testing in prototype devices and assessment of practical implementation potential.

Tasks and challenges:

• Synthesis and characterization of innovative photocatalysts (organic, hybrid, nanostructured)
• Construction of setups for CO₂ photoconversion
• Investigation of catalyst mechanisms using time-resolved spectroscopy (e.g. PL decay, transient absorption)
• Analysis of excited-state kinetics and charge transfer processes
• Modelling of photocatalyst electronic structure (HOMO–LUMO levels, conduction and valence bands)
• Integration of systems with renewable light sources (e.g. solar simulators), optimization of reaction conditions and evaluation of system stability under real-world conditions

Requirements:

• For chemists: knowledge of organic chemistry, photocatalysis, or materials synthesis
• For physicists: familiarity with spectroscopy, solid-state physics, and molecular dynamics
• For materials engineers: experience in designing and characterizing functional materials
• Willingness to work in an interdisciplinary team
• Interest in sustainable development and the future of energy

Project Topic 2

Teach matter to speak! Smart detectors with luminescence modulation in response to temperature, pollutants, or ionizing radiation

Project description:
This project is dedicated to the development of smart luminescent and sensory materials that "communicate" by changing their optical signal in response to specific environmental stimuli. Such sensors have potential applications in environmental and safety monitoring, medicine, industry, and space technologies. The project is interdisciplinary, combining knowledge from chemistry, physics, and materials science.
As a PhD student, you will be involved in every stage of smart sensor development: from theoretical modelling and material design, through synthesis and advanced spectroscopic studies, to testing performance in prototype devices for the detection of temperature changes, contaminants, or ionizing radiation.

Tasks and challenges:

• Design and synthesis of functional luminescent materials (organic, organometallic, hybrid)
• Investigation of emission and energy transfer mechanisms using advanced spectroscopy (PL, TCSPC, transient absorption)
• Analysis of environmental effects on material behaviour and luminescence signals
• Evaluation of sensor sensitivity, selectivity, and long-term performance
• Integration of materials with simple readout systems (e.g. optical or electronic)

Requirements:

• For chemists: knowledge of organic chemistry, materials synthesis, or photochemistry
• For physicists: familiarity with spectroscopy, solid-state physics, or excited-state dynamics
• For materials engineers: experience in the design and evaluation of functional materials
• Interest in interdisciplinary research and the development of next-generation sensing technologies
• Openness to teamwork in a collaborative, cross-disciplinary environment