Физико-химические основы наукоемких технологий для решения экологических проблем

Объекты исследования: ориентированные сети никеля, оксида никеля, полигалактуронат натрия с никелем, полигалактуроната натрия с медью, мембранно-электродные блоки, комплексы и металлорганические каркасы с неблагородными металлами, пластины монокристаллического кремния, высокоориентированный пиролитический графит, слюда, стеклотекстолит, силикатное стекло, наночастицы и нанослои золота, поверхностно-активное вещество цетилтриметил аммония бромид. Цель работы: Разработка новых физико-химических методов и композиционных материалов для создания сенсоров, обеспечивающих мониторинг атмосферы, создание новых технологий утилизации парниковых газов, включая декарбонизацию промышленных выбросов и превращение диоксида углерода в полезную продукцию. Разработка новых селективных сорбентов для оксидов азота и углерода на основе возобновляемого природного сырья. Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи: • Разработать методику получения кондуктометрического сенсора на оксиды азота, содержащего газочувствительный элемент на основе композиционного материла из различного сочетания ориентированных сетей никеля и его оксида в полимерной матрице с полупроводниковой проводимостью p-типа. • Разработать систему сбора данных, получаемых от разработанного хеморезистивного сенсора на оксиды азота. • Электрохимически синтезировать на поверхности стеклоуглерода металлсодержащие наносчастицы, используя комплексы пектата натрия с никелем и медью. • Найти взаимосвязь между условиями электросинтеза и характеристиками образующихся поверхностей. • Проверить каталитические свойства модифицированных никель- и медьсодержащх наноструктурами стеклоуглеродных электродов в отношении реакции восстановления CO2. • Разработать эффективный бесплатиновый электрокатализатор для протонообменных мембранных топливных элементов на основе нанокомпозитов кобальтовых комплексов пектата натрия. Получены практически значимые результаты: Разработана методика получения газочувствительный материал, реагирующего на присутствие диоксида азота в воздухе, построенный на композитном материале в виде сети волокон оксида никеля в полимерной матрице PEDOT:PSS. Испытания показали, что отклик материала составляет 28% на 50 ppm NO2 в воздухе. В результате проведенной работы разработан и сконструирован новый оригинальный электронный блок управления и измерения для разработанного ранее кондуктометрического газового сенсора на диоксид азота в атмосфере, который способен регистрировать и интерпретировать сигнал в виде числового отклика и отображать его экране. Показано, что комплексы пектата натрия с Ni и Cu проявляют каталитическую активность в отношении реакции восстановления CO2 (СO2RR) в гетерогенных условиях. Проведен электрохимический синтез наночастиц меди и никеля на поверхности стеклоуглерода путем электровосстановления комплексов PG-NaСu и PG-NaNi. Стандартные размеры образующихся наночастиц никеля лежат в диапазоне 20 – 90 нм. Содержание никеля в комплексах, как и время осаждения, пропорционально влияет на количество осажденных наночастиц, но слабо влияет на их размеры. В то же время размеры наночастиц меди находятся в диапазоне 30 - 120 нм и наблюдается пропорциональная зависимость между временем их электроосаждения и размерами. Показана селективная конверсия CO2 до СO в ходе электровосстановления на электроде с наночастицами меди в апротонном растворителе. Показано, что нанокомпозит с 15%-ным замещением ионов натрия на дикатионы кобальта в комплексе пектата натрия обеспечивает эффективную реакцию электровосстановления кислорода, где число переносимых электронов за один каталитический цикл равно четырем. Полученные результаты свидетельствуют о возможности создания эффективных бесплатиновых электрокатализаторов на основе нанокомпозитов кобальтовых комплексов пектата натрия.