НОВЫЕ ФОТОАКТИВНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ (промежуточный, этап 2)

Целью проекта является разработка инновационных интегрированных систем, совмещающих очистку окружающей среды от загрязняющих веществ и производство возобновляемой энергии (химического топлива) в результате фотохимического преобразования солнечной энергии с помощью целенаправленно созданных новых высокоэффективных фотокатализаторов. Второй этап реализации проекта предусматривает оптимизацию условий контролируемого синтеза фотоактивных материалов, формирования гетероструктурных и нанокомпозитных систем, исследование их адсорбционных и фотохимических характеристик, а также исследование фотоэлектрохимического поведения гетероструктурных и нанокомпозитных фотоактивных материалов с целью установления наиболее перспективных композиций для реализации интегрированных систем преобразования солнечной энергии. В отчетный период, соответствующий второму этапу выполнения проекта, решались следующие задачи: 1) Оптимизация условий синтеза фотоактивных материалов, таких как цеолитоподобные металл-органические каркасные структуры типа ZIF-62 (на основе Zn, Co, Ni), ZIF-67 (на основе Zn, Co, Ni), ZIF-8 (на основе Zn, Ni, Fe), металл-органическая каркасная структура типа UIO-66(Zr), металл-органическая каркасная структура типа HKUST(Cu), металл-органическая каркасная структура типа MIL-125(Ti) и формирование тонкопленочных покрытий на их основе. 2) Проведение характеризации синтезированных фотоактивных материалов. 3) Формирование планарных гетероструктур и нанокомпозитных покрытий на основе синтезированных оксидов металлов, металл-органических каркасных структур и графитоподобного нитрида углерода g-C3N4. 4) Характеризация синтезированных материалов и сформированных гетероструктур и нанокомпозитных покрытий методами зонда Кельвина, фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии диффузного отражения, ИК-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния. 5) Проведение исследований синтезированных фотоактивных материалов методом ИК-спектроскопии. 6) Исследование фотохимической (фотокаталитической) активности в гетерогенной системе твердое тело-газ в окислительных процессах разложения модельных загрязнений. 7) Фотоэлектрохимические исследования на тонкопленочных электродах, сформированных на основе синтезированных фотоактивных материалов и гетероструктур на их основе. В результате проведенных исследований созданы и оптимизированы методики синтеза целевых фотоактивных материалов для формирования целевых тонкопленочных монокомпонентных, гетероструктурных и композитных покрытий. Определены основные электронные, оптические и электрохимические характеристики фотоактивных материалов. На основании полученных данных сделан выбор оптимальных материалов и гетероструктур и композиций на их основе. Аналогичные работы по синтезу, определению электронных характеристик и фотоэлектрохимическому тестированию других фотоактивных материалов были выполнены иностранными партнерами. Результаты проведенного анализа технологий фотоактивных наноматериалов и патентного поиска позволяют заключить, что полученные на данном этапе экспериментальные результаты соответствуют передовому мировому уровню и позволяют ожидать достижения основной цели проекта по реализации интегрированных систем преобразования солнечной энергии для экологических и энергетических применений.