Синхротронные исследования и теоретическое моделирование перспективных материалов для энергетики

Повышение эффективности процессов преобразования энергии является важнейшей задачей, решение которой поможет снизить загрязнение окружающей среды парниковыми газами и замедлить климатические изменения. В частности, повышение эффективности реакции фотоэлектрохимического восстановления CO2 является важнейшим направлением исследований для научного сообщества в последние годы. Основные проблемы в этой области - это низкая эффективность разделения носителей заряда, высокие перенапряжения, низкая селективность в отношении желаемых продуктов реакции и медленная кинетика многоэлектронного переноса. Проект нацелен на понимание фундаментальных закономерностей для создания эффективных и стабильных фотоэлектрокатализаторов восстановления CO2. Для этого будет разработана комбинированная методика на основе спектроскопии синхротронного излучения (in situ спектроскопия рентгеновского поглощения и operando синхротронной ИК-спектроскопии) и суперкомпьютерного теоретического моделирования с применением технологий искусственного интеллекта. На основе спектральных данных полученных в ходе в каталитической реакции, будет установлено изменение параметров электронной и атомной структуры (координационное число, длина связи и степень беспорядка) активных центров катализаторов и реакционноспособных компонентах на поверхности фотоэлектрода. Также будет исследована процессы адсорбции, формировании и десорбции молекул с поверхности фотоэлектрода в процессе каталитической реакции для детального понимания фундаментальных механизмов реакции восстановления CO2. В комбинации с ab initio вычислениями и комплексной интерпретацией данных на основе технологий искусственного интеллекта (AI), будут построены структурные модели активного центра фотоэлектрокатализаторов и пути реакции для восстановления CO2. Кроме того, будут протестирована методика синхротронной operando ИК-спектроскопии. На базе проведенного исследования будут разработаны стратегии создания высокоактивных фотоэлектрокатализаторов.