Гибридные фотоактивные материалы на основе субфталоцианинов и частиц графитоподобного нитрида углерода

Идея очистки вод от высокотоксичных соединений путём их фотодеструкции до более безопасных низкомолекулярных продуктов является привлекательной, ввиду очевидного сокращения издержек на предотвращение и устранение негативных последствий промышленного производства. Поиск новых объектов для фотокатализа продолжается и недавно были предложены новые материалы на основе безметальных полупроводниковых частиц графитоподобного нитрида углерода [g-C3N4]. Данный материал сам по себе проявляет фотокаталитическую активность, а возможность модификации, позволяет получить ряд структур с широким разнообразием свойств. Необходимость модификации частиц полупроводников обусловлена рядом общих ограничений нативных материалов, основными из которых являются: возможность работы в ограниченном диапазоне длин волн и низкая эффективность разделения заряда, ввиду протекания нецелевых процессов, в частности, быстрой объемной и поверхностной электрон-дырочной рекомбинации. В настоящее время активно ведутся разработки по повышению эффективности преобразования солнечной энергии в фотохимические реакции. Это может быть достигнуто за счет: увеличения площади удельной поверхности, оптимизации кристаллической структуры, изменения морфологии. Дальнейшая модификация связана с внедрением в структуру компонентов иной химической природы, то есть созданием гетероструктур и гибридных материалов. Известно, что наибольшая фотокаталитическая активность материалов достигается в синергии с сокатализаторами, в качестве которых выступают полупроводниковые и металлические частицы. Иной способ – введение в структуру фотоабсорберов, представленныех органическими красителями. Их использование является ключевым фактором, обеспечивающим наиболее эффективную конверсию солнечного излучения. Модификация полупроводников красителями позволяет расширить область поглощения солнечного излучения, что приводит к усилению генерации радикальных частиц, в частности, активных форм кислорода на полупроводниковых материалах. Повышение устойчивости красителя - одна из основных и очевидных задач, которая возникает при использовании фотоабсорберов. Иная проблема заключается в том, что эффективность преобразования солнечной энергии зависит от концентрации красителя на поверхности полупроводника, в тоже время высокая концентрация зачастую приводит к образованию молекулярных агрегатов, которые блокируют основные пути релаксации из возбужденных состояний. Таким образом, красители для фотокатализа помимо фотофизических характеристик, должны показывать высокую стабильность и отсутствие склонности к образованию агрегатов. В последнее время особый интерес исследователей привлекают такие макроциклические фотоактивные соединения, как фталоцианины и их аналоги, которые широко исследуются в качестве компонентов для приложений фотокатализа и органической электроники (OPVC, OLED, OTFT и многое другое). С другой стороны, низшие гомологи фталоцианинов - субфталоцианины, имеющие также большие перспективы в качестве компонентов фотовольтаических ячеек различной архитектуры, но остаются в тени как фотоабсореры в фотокаталических системах, совершенно не изучены в симбиозе с графитоподобным нитридом углерода. В данном проекте поставлена задача получения новых безметальных гибридных материалов с потенциально высокой фотокаталитической активностью на основе красителей субфталоцианинового типа и графитоподобного нитрида углерода с целью установления взаимосвязи структура-активность, в сравнении с известными аналогами.