Наноструктурированные композитные катализаторы на основе оксида кобальта для полного фотокаталитического разложения воды и получения водорода под действием солнечного света (промежуточный)

Фотокаталитическое разложение воды под действием солнечного света с образованием молекулярного водорода, являющегося экологически чистым химическим энергоносителем, пригодным для использования практически в любых типах тепловых двигателей̆ и многих иных видах электрогенерирующих устройств, представляется одним из наиболее перспективных направлений развития энергетики будущего. Обнаруженное недавно явление, что оксид кобальта (II), находящийся в наноразмерном состоянии, способен фотокаталитически разлагать воду, дало толчок для нового развития исследований в данном направлении. Разработке высокоактивных и стабильных фотокатализаторов на основе оксида кобальта и посвящен реализуемый проект. На первом этапе для перевода оксида кобальта в наноразмерное состояние были опробованы следующие методы высокоэнергетического воздействия: лазерная абляция, длительное воздействие мощным ультразвуком и механическая активация в вибрационной мельнице. Исследования выполнены с использованием двух коммерческих образцов оксида кобальта (II), имеющих разную степень чистоты. Для тестирования полученных материалов с использованием оборудования, приобретенного за счёт финансовых средств данного проекта, была создана экспериментальная установка по исследованию активности в реакции фотокаталитического разложения воды и выделения водорода для реализации измерений в проточном режиме, а также режиме остановленного потока. Созданная установка позволяет в автоматизированном режиме по заданной программе проведения эксперимента выполнять рутинные операции и определять активность фотокаталитических материалов в целевом процессе под действием излучения с заданными характеристиками длины волны и мощности излучения в условиях поддерживаемой температуры, что позволяет свести к минимуму человеческий фактор. Для реализации управления авторами проекта было разработано специальное программное обеспечение. По результатам испытаний было обнаружено, что в отличие от исходного состояния для образца CoO, имеющего высокую степень чистоты, после обработки ультразвуком или механической активации в течение длительного периода времени появлялась фотокаталитическая активность в реакции разложения чистой воды без добавления доноров электронов. Скорость выделения водорода при освещении суспензии фотокатализатора УФ-излучением (365 нм, 20 мВт/см2) составила 4.5 нмоль 3 H2/ч. Данные результаты показали принципиальную возможность осуществлять фотокаталитическое разложение воды без добавления доноров электронов с использованием фотокатализаторов на основе CoO. Для повышения активности данных объектов был осуществлён синтез композитных материалов с использованием C3N4 или титановых нанотрубок в качестве носителя и сокатализатора в композитной системе.