Гетероструктурные материалы для фотоэлектрохимического преобразования солнечной энергии

Проект направлен на создание гетероструктурных материалов и тандемных систем для повышения эффективности процесса фотоэлектрохимического преобразования солнечной энергии в химическое топливо. Для создания таких фотоактивных материалов и систем на их основе предлагается формирование гетероструктур, реализующих Z-схему, и гетероструктур III-его типа, а также комбинации элементов фотоэлектрохимической систем и систем фотовольтаики. Формирование гетероструктурных и тандемных систем, способных эффективно реализовывать аддитивное двух-фотонное поглощение видимого света с достижением необходимого уровня возбуждения для реализации эндотермических химических процессов искусственного фотосинтеза и снижать рекомбинационные потери возбужденных состояний за счет пространственного разделения носителей заряда в гетеропереходах, является перспективным подходом для решения задачи эффективного преобразования солнечной энергии в «солнечное топливо» - водород при фотоэлектрохимическом восстановлении воды и метана, метанола и других органических продуктов при восстановлении углекислого газа. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: Задача 1. Направленный синтез гетероструктур и их компонентов различными, оптимальными для каждого материала и гетероструктуры, методами химического синтеза. Задача 2. Характеризация синтезированных гетероструктур и их компонентов методами физико-химического анализа для установления их состава, кристаллической и электронной структуры, основных оптических характеристик. Задача 3. Исследование фотоэлектрохимических процессов в системах с гетероструктурными электродами, реализующими Z-схему фотовозбуждения и разделения фотовозбужденных носителей заряда. Задача 4. Исследование фотоэлектрохимических процессов в системах с гетероструктурными материалами III-типа, реализующими фотовозбуждение и разделения фотовозбужденных носителей заряда. Задача 5. Создание и апробация фотоэлектрохимической системы с последовательной комбинацией элементов фотоэлектрохимической ячейки и фотовольтаики. Водородная энергетика является одним из приоритетных направлений развития науки и технологий в Российской Федерации. Это определяет актуальность и научную значимость задач проекта по созданию фотоактивных материалов и фотоэлектрохимических систем на их базе, демонстрирующих высокую эффективность преобразования солнечной энергии в «солнечное топливо»