КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-73-10070

НазваниеФормирование наноструктурированных оксидных материалов в условиях ограниченного массопереноса и их применение для фотоэлектрохимического получения водорода

РуководительПопков Вадим Игоревич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Срок выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2024 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые словаоксиды, наноструктуры, нанокомпозиты, ограниченный массоперенос, растворное горения, ионное наслаивание, электроосаждение, фотокатализ, электрокатализ, выделение водорода, фотоэлектрохимическая ячейка

Код ГРНТИ31.15.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Переход к новым и возобновляемым источникам энергии и, в частности, к возобновляемой водородной энергетике тесно связан с необходимостью разработки соответствующих процессов получения так называемого «зеленого» водорода из источников с нулевым углеродным следом. В качестве одного из наиболее перспективных процессов в этом направлении все чаще рассматривается фотоэлектрохимический процесс утилизации энергии солнечного излучения в форме энергии химической связи молекулы водорода. Однако развитие и активное внедрение соответствующих технологий и решений в настоящее время сдерживается преимущественно материаловедческой проблемой поиска методов синтеза высокоэффективных, продуктивных, стабильных, доступных и экологичных фото- и электрокатализаторов, решение которой с использованием ранее разработанных каталитических материалов, а также традиционных подходов к их синтезу не представляется возможным. В рамках данного проекта предлагается проведение исследований по разработке теоретических основ формирования оксидных фото- и электрокатализаторов на основе процессов, протекающих в условиях ограниченного массопереноса. Предполагается, что в этом случае возможно образование оксидных наноструктур с необычными составом, структурой, морфологией и функциональными свойствами, что было ранее показано авторами проекта для некоторых систем на основе простых и сложных оксидов. При этом реализацию ограничения массопереноса предполагается рассматривать в рамках одного или нескольких частных случаев – ограничение по температуре синтеза, его продолжительности, пространственные ограничения в зоне реакции или ограничение по количеству доступного для массопереноса вещества. В качестве методов синтеза, позволяющих реализовать условия таких ограничений будут использованы метод растворного горения, метод ионного наслаивания, метод электроосаждения металлов с последующей термообработкой, метода анодирования металлов и метод синтеза нанокристаллов в межслоевом пространстве углеродных 2D наноструктур. На основании результатов исследований будут предложены физико-химические модели, описывающие условия формирования и влияние ограничений массопереноса на состав, строение, размер и форму оксидных кристаллов на основе d-элементов 4-го и 5-го периодов таблицы Д.И. Менделеева. Выбор этих оксидных систем в качестве объектов исследования обусловлен широкими перспективами их дальнейшего применения в качестве основы материалов катода и фотоанода фотоэлектрохимических ячеек для получения водорода из возобновляемых водно-органических растворов. Таким образом в результате выполнения проекта планируется не только предложить оригинальные методы синтеза оксидных нанокристаллических частиц и получить новые наноматериалы, но и разработать подходы к физико-химическому конструированию высокоэффективных, стабильных и доступных каталитических материалов для решения задач перехода к возобновляемым методам получения водорода. Благодаря использованию широкого комплекса теоретических и экспериментальных методов анализа веществ на каждом из этапов их получения с участием современного аналитического оборудования планируется провести исчерпывающую характеризацию как самих материалов, так и определить особенности процессов их формирования в условиях ограниченного массопереноса. Это в совокупности с большим опытом авторов проекта в области синтеза и исследования наноструктурированных материалов обеспечит уверенное определение системных связей условий синтеза оксидных наноструктур с особенностями их состава, строения, фото- и электрокаталитических свойств. Эти разработки, полученные в результате комплекса проведенных исследований, станут основой перехода к новым технологиям получения оксидных функциональных материалов для получения водорода из возобновляемых источников.

Ожидаемые результаты
Будет проведено комплексное исследование процессов формирования наноструктурированных простых и сложных оксидов, а также нанокомпозитов на их основе в условиях ограниченного массопереноса; будут установлены ключевые аспекты влияния ограничения времени протекания и температуры процесса синтеза веществ после образования зародыша новой фазы, а также пространственных ограничений и ограничений по количеству вещества в реакционной зоне на состав, структуру, морфологию продуктов синтеза; будет установлена связь перечисленных особенностей формирующихся оксидных нанокристаллов с их фото- и электрокаталитической активностью в процессе получения водорода из воды и водно-органических источников; комплекс полученных результатов и установленных закономерностей лягут в основу разрабатываемого физико-химического подхода к конструированию новых функциональных наноматериалов, формирующихся в условиях ограничения массопереноса. Будут разработаны и экспериментально исследованы новые наноматериалы на базе многокомпонентных ферритов-шпинелей типа AxM1-(x+y)M’yFe2O4 (A – Ni, Co, Zn; M, M’ – Cu, Mg, Mn) с высокой фото- и электрокаталитической активностью в процессах получения водорода из возобновляемых источников; соответствующие вещества будут получены методами растворного горения и термообработки аморфных продуктов растворного горения; будут изучены физико-химические основы формирования ферритов перечисленных составов в условиях растворного горения, изучены механизмы направленного контроля их морфологических и структурных особенностей в условиях ограниченного массопереноса и установлена связь электрокаталитических и фотокаталитических свойств с составом, структурой и морфологией веществ и композитов на их основе; полученные результаты и материалы будут применены для сборки фотоэлектрохимической ячейки в качестве фотоанода и катода которых планируется использовать наилучшие составы синтезированных оксидов; таким образом по результатам выполнения проекта будут не только сформулированы общие закономерности формирования многокомпонентных никелевых, кобальтовых и цинковых ферритов в условиях растворного горения, но и получены функциональные материалы имеющие важное прикладное значение. Будут разработаны новые маршруты послойного синтеза методом ионного наслаивания для создания 2D нанокристаллов оксидов переходных металлов TiO2, ZnO, CeO2, Co3O4, MOx (M = Ni, Co, Sn) и их нанокомпозитов с углеродными материалами (восстановленный оксид графена, азотированный графен, g-C3N4), как высокоэффективных электрокаталитических материалов для фотоэлектрокатализа; будет впервые изучена закономерность влияния параметров синтеза на состав, структуру, морфологию и стехиометрию синтезированных соединений и предложены модели, описывающие процессы роста нанокристаллов данных соединений на поверхности подложек, что в свою очередь создаст теоретические основы для разработки новых маршрутов синтеза двумерных неорганических соединений с заданными параметрами; на основе полученных экспериментальных данных будут построены зависимости изменения каталитических характеристик от параметров синтеза и выбраны условия, которые задают максимальные значения практически важных свойств; полученные результаты будут обобщены и проанализированы и на этом основании будут сделаны выводы о влиянии состава, структуры, морфологии и стехиометрии 2D нанокристаллов оксидов на электрокаталитические свойства материалов на их основе; будут предложены новые способы получения перспективных фотоэлектродных материалов с улучшенными электрохимическими характеристиками, которые могут быть использованы в современных недорогих и экологически безопасных устройствах получения водорода. Будут разработаны составы комплексных электролитов и режимы электроосаждения для получения нанокристаллов в рамках биметаллических систем Ni-М и Co-M (М = Ag, Cu, Zn, Mn) с последующей термической обработкой и их переводом в оксидные формы. Будут разработаны составы электролитов и режимы электрохимического оксидирования нанокристаллов биметаллических систем Ni-М и Co-M (М = Ag, Cu, Zn, Mn) с целью получения нанокристаллических оксидов Ni-М-О и Co-M-О (М = Ag, Cu, Zn, Mn). Будут разработаны составы электролитов и режимы анодирования металлического титана (Ti), циркония (Zr), молибдена (Mo), ниобия (Nb) и тантала (Ta) с целью получения соответствующих оксидных покрытий различного состава, структуры и морфологии. Полученные таким образом оксидные нанокристаллы и композиты на их основе будут исследованы в качестве электрокатализаторов выделения водорода и фотокатализаторов окисления органических веществ из водных растворов. На основании сравнительного анализа характеристик всех полученных в рамках проекта новых оксидных материалов будут выбраны оптимальные пары материалов фотоанод-катод и разработаны фотоэлектрохимические ячейки соответствующего строения, функционирующие под действием видимого, ультрафиолетового и комбинированного (в том числе солнечного) света. Ожидается, что по эффективности работы полученные фотоэлектрохимические системы и ячейки на их основе покажут функциональные характеристики сопоставимые и в некоторых случаях превосходящие лучшие мировые результаты для оксидных материалов, не содержащих в своем составе элементов подгруппы платины. Выполнение данного исследования, несомненно, способствует решению многих практически важных задач, в частности эти разработки позволят повысить эффективность фотоэлектрохимического преобразования воды и водно-органических растворов (в том числе загрязненных водных ресурсов) в водород, что будет способствовать созданию научных основ новых технологий синтеза фотоэлектрокаталитических материалов для устройств преобразования солнечной энергии и более активному переходу к экологически чистой и ресурсосберегающей водородной энергетике в части разработки материалов и процессов получения возобновляемого водорода. Кроме того, комплекс проведенных исследований и полученные результаты позволят заложить физико-химические основы формирования оксидных веществ и материалов на их основе в условиях ограниченного массопереноса, что впоследствии позволит расширить предлагаемые в проекте подходы на другие области функционального материаловедения.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За отчетный период (2021-2022 г.) проведен комплекс научно-исследовательских работ по изучению формирования наноструктурированных материалов в условиях ограничения массопереноса методами электрохимического темплатного синтеза, синтеза ионным наслаиванием, синтеза растворным горением, синтеза пиролизом органических предшественников и элекрохимическим анодированием металлов. В результаты были получены серии наноструктурированных материалов и была проведена их полная физико-химическая характеризация. Наиболее перспективные образцы были исследованы в качестве материалов катода в реакции выделения водорода в щелочных водно-спиртовых растворах. К ключевым полученным результатам следует отнести следующие: 1. Исследованы основные аспекты электрохимического синтеза электрокатализаторов на базе полых микротрубок - электрохимическое восстановление и модификация Cu-HT до Ni@Cu-HT (NC-HT), ступенчатое окисление системы Ni@CF до Ni/NiO@CF. Контролируя время электроосаждения никеля, получены двухслойные Ni-Cu микротрубочки с различной морфологией покрытия и площадью поверхности. Установлено, что во время функционирования NC-HT в качестве материала электрода морфология и структура претерпевают изменения из-за перекристаллизации. Проанализированы поляризационные кривые, описывающие основные реакции для реакции выделения водорода на NC-HT, рассчитаны значения перенапряжения, наклона Тафеля и плотность тока обмена. Продемонстрировано стабильное функционирование образцов NC-HT15 и NC-HT30 в гальваностатическом режиме (j=10мА·см-2) с значением перенапряжения -160 и -183 мВ, соответственно. Показано, что условия температурной обработки коаксиальных и полых структур из NiO/Ni@CF влияют на электрохимические свойства материалов, изменяя размер кристаллитов (расширение при перекристаллизации). Предложен критерий - степень отжига (R) – позволяющий классифицировать полученные материалы по областям применения. На основании результатов анализа электрохимического поведения NiO/Ni@CF установлено, что наилучшие условия термообработки Ni@CF для получения эффективного электрокатализатора реакции выделения водорода - отжиг при T = 450°C со временем выдержки 4 часа. 2. Предложены методики синтеза ряда гидратированных оксидов состава MOx•nH2O (где M = Ni, Co и Sn), проведена их структурно-химическая характеризация и изучены электрохимические свойства как электрокаталитических материалов для выделения водорода в щелочной среде. Синтез данных соединений проводился по методике ИН c протеканием окислительно-восстановительных реакций на поверхности подложки. При их получении варьировали концентрацию реагентов в растворах, количество циклов ИН, а также время обработки. Полученные соединения были образованны нанослоями гидратированных оксидов, причем NiOx·nH2O и CoOx·nH2O обладали слоистой структурой с морфологией нанолистков, а SnOx·nH2O представлял собой совокупность собранных в отбельные глобулы наночастиц с аморфной структурой. Наилучшие электрокаталитические характеристики, как по величине перенапряжения (208 мВ при плотности тока 10 мА/см2), так и по циклической стабильности (увеличение перенапряжения на 0.5% после 500 циклов) проявили электроды на основе NiOx·nH2O. Предложены маршруты синтеза слоистых двойных гидроксидов состава Ni2Fe(OH)5(NO3)2·nH2O и Co2Cr(OH)5(OAc)2·nH2O, и исследованы их электрокаталитические свойства как электродных материалов для выделения водорода в щелочной среде. Впервые были определены оптимальные условия формирования нанослоев слоистого двойного гидроксида Ni2Fe(OH)5(NO3)2•nH2O в процессе послойного синтеза и изучено влияние числа циклов ИН на величину перенапряжения. Полученные слои представляли собой совокупность сверхтонких (3-6 нм) нанокристаллов с морфологией нанолистков, а также показал высокие электрокаталитические характеристики (перенапряжение в полуреакциях РВК и РВВ составило 205 и 160 мВ при плотности тока 10 мА/см2, соответственно) в составе бифункционального электрокатализатора для разложения воды в щелочной среде. Нанослои на основе Co2Cr(OH)5(OAc)2·nH2O представляли собой аморфный материал с морфологией нанолистов толщиной 6-8 нм. Электроды на основе нанослоев Co2Cr(OH)5(OAc)2·nH2O показали перенапряжение выделения водорода 175 мВ при плотности тока 10 мА/см2. 3. Впервые методом термической обработки рентгеноаморфных продуктов горения были получены ферримагнитные многокомпонентные никелевые и цинковые ферриты с высокой химической и фазовой чистотой, развитой поверхностью и высокими значениями магнитных параметров. Показано, что данный метод является перспективным для получения электрокаталитических материалов на основе системы Ni0.3Zn0.7Fe2O4 в которой низкие значения перенапряжения (ниже 100 мВ) могут быть достигнуты путем мягкой термической обработки (⁓ 650 ℃ в течении 5 часов), позволяющей ограничить массоперенос в системе и подавить рост нанокристаллов. 4. Методом термической обработки карбамида при температуре 550°С в течение 1 часа на воздухе получен нанокристаллический порошок графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4). Термической обработкой смеси ацетатов металлов (Cu, Zn) и графитоподобного нитрида углерода была получена серия из семи порошков: g-C3N4, g-C3N4-CuO 5%, g-C3N4-CuO 7.5%, g-C3N4-CuO 10%, g-C3N4-ZnO 5%, g-C3N4-ZnO 7.5%, g-C3N4-ZnO 10%. Удельная поверхность для g-C3N4, g-C3N4-CuO 5%, g-C3N4-CuO 7.5%, g-C3N4-CuO 10%, g-C3N4-ZnO 5%, g-C3N4-ZnO 7.5%, g-C3N4-ZnO 10% составила 34.4, 37, 41.5, 32.9, 54.5, 75.2 и 68.5 м2/г соответственно. Значение перенапряжения выделения водорода было определено для образцов, содержащих CuO (0%, 5%, 7.5%, 10%) и составило -289, -305, -312 и -322 мВ, соответственно, при плотности тока 10 мА см−2. Значение перенапряжения выделения водорода было определено для образцов, содержащих ZnO (0%, 5%, 7.5%, 10%) и составило -289, -281, -291, -292 мВ, соответственно, при плотности тока 10 мА см−2. Установлено, что присутствие оксидов меди и цинка отрицательно влияет на величину перенапряжения реакции выделения водорода g-C3N4. Наклон Тафеля для образца чистого g-C3N4 составил 141 мВ. При введении оксидов в состав g-C3N4 наблюдается уменьшение значения наклона Тафеля до 137 мВ/дек (5, 7.5% СuO) и 123 мВ/дек (5% ZnO), что свидетельствует об улучшении кинетики процесса выделения водорода. Для исследования переноса заряда и проводимости полученных нанокомпозитов измерены спектры электрохимического импеданса. Сопротивление объемного раствора (Rs) и сопротивление переносу заряда (Rct) были определены как 0.6, 0.4, 0.4, 0.6 Ом и 356, 1065, 1097, 1212 Ом для g-C3N4/CuO (0%, 5%, 7.5%, и 10%) э соответственно. Сопротивление объемного раствора (Rs) и сопротивление переносу заряда (Rct) для g-C3N4/ZnO (5%, 7.5%, и 10%) составили 0.6, 1.5, 1.7 Ом и 1266, 13310, 1292 Ом, соответственно. 5. Проведены поисковые синтезы электродных материалов анодированием различных металлов (титана (Ti), циркония (Zr), молибдена (Mo), ниобия (Nb) и тантала (Ta)) при разных составах электролитов и условиях анодирования. Произведено варьирование условий синтеза и установлены составы реакционных растворов и условия анодирования, позволяющие получать тонкие оксидные пленки на поверхности указанных металлов. Основные результаты научных исследований в рамках данного проекта опубликованы в форме 2 (4) статей в ведущих зарубежных рецензируемых изданиях Q1, а также представлены на 3 научных конференциях и 1 семинаре. Основным исполнителем проекта Мартинсоном К.Д. подготовлена и подана на рассмотрение диссертация на соискание степени кандидата химических наук по специальностям 1.4.15 “Химия твердого тела” и 1.4.4 "Физическая химия" под руководством Попкова В.И. - руководителя проекта.

 

Публикации

1. Дмитриев Д.С., Теневич М.И., Лобинский А.А., Попков В.И. Coaxial structures based on NiO/Ni@Carbon felt: Synthesis features, electrochemical behavior and application perspectives Journal of Electroanalytical Chemistry, V. 911, P. 116216. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2022.116216

2. Дмитриев Д.С., Теневич М.И., Попков В.И. Electrochemical template synthesis of Ni–Cu bilayer hollow microtubes for green hydrogen production through electrocatalytic reforming of ethanol International Journal of Hydrogen Energy, - (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.277

3. Дмитриев Д.С. Синтез медных микротрубочек электрохимическим темплатным методом Тезисы докладов XXXII Российской молодежной научной конференции с международным участием, посвященной 110-летию со дня рождения профессора А. А. Тагер, С. 229 (год публикации - 2022)

4. Лобинский А.А. Формирование тонкослойных наноструктур NiFe-СДГ в условиях послойного синтеза и их применение в качестве электрокатализаторов для получения водорода Сборник трудов XXIX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», С. 117 (год публикации - 2022)

5. Чебаненко М.И., Омаров Ш.О., Попков В.И. Ultrasonic and steam exfoliation of g-C3N4 nanopowders Материалы XXXI Зимней Школы по Химии Твёрдого Тела, С.88. (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период (2022-2023 г.) проведен комплекс научно-исследовательских работ по изучению формирования наноструктурированных материалов в условиях ограничения массопереноса методами электрохимического темплатного синтеза, синтеза ионным наслаиванием, синтеза растворным горением, синтеза пиролизом органических предшественников и элекрохимическим анодированием металлов. В результаты были получены серии наноструктурированных материалов и была проведена их полная физико-химическая характеризация. Наиболее перспективные образцы были исследованы в качестве материалов фотоанода фотоэлектрохимической ячейки, функционирующей в щелочных растворах. К ключевым полученным результатам следует отнести следующие: 1. Собрана и апробирована установка для проведения фотоэлектрохимических измерений электродных материалов. Проведен синтез методом электрохимического темплатного синтеза и исследована электрохимическая активность фотоанода на базе системы СoO@CuO. Фотогальванический отклик составил 16 мкА/см2. Установлены оптимальные условия пост-термической обработки композита СoO@CuO при проведении электрохимического темплантного синтеза (400°С в течение 2 часов). Синтезированы бифункциональные электрокатализаторы разложения воды на базе никеля допированные медью из аммонийно-сульфосалициловой ванны (Ni-SS, NC-SS). В следствии чего напряжение на электролитической ячейке щелочного разложения воды было снижено с 1,87 до 1,63 В. Показано снижение кинетических и диффузионных ограничений реакций разложения воды при переходе от материалов из простых электролитов к полиметаллическим системам из комплексного электролита. Перенапряжения реакций HER и OER при номинальной плотности тока 10 мА/см2 на NC-SS составляет -80 и 300 мВ, соответственно. Продемонстрирован положительный эффект допирования никелевого покрытия медью на электрокаталитические свойства и снижение импеданса электродного материала (с 620 до 78 Ом). 2. Впервые были предложены методики послойного синтеза слоистых двойных гидроксидов состава MxCr(OH)5(A-)y·nH2O (M = Cu, Ni), а также нанокомпозита Ag0-Ag2CrO4·nH2O из водных растворов. Проведена структурно-химическая характеризация полученных соединений и изучены электро- и фотокаталитические характеристики. Определены оптимальные параметры и условия послойного синтеза полученных соединений (pH и концентрация реагентов, анионный состав реагентов, состав промывных жидкостей, количество циклов ИН, время обработки). Был предложен новый маршрут синтеза нанослоев СДГ Ni2Cr(OH)5(OAc)2·nH2O на вспененном никеле с использованием методики ионного наслаивания. Показано, что использование Na3[Cr(OH)6] в качестве анион-содержащего реагента приводит к образованию сверхтонких "нанолистов" СДГ с гидротальцитоподобной структурой низкой кристалличности. Электроды на основе нанослоев Ni2Cr(OH)5(OAc)2·nH2O, нанесенных на поверхность вспененного никеля демонстрировали наименьшие значения перенапряжения в щелочной среде (1M KOH) как в РВВ -212 мВ, так и в РВК - 325 мВ при плотности тока 10 мА/см2. Было установлено, что использование анионсодержащего реагента Na3[Cr(OH)6] в процессе послойного синтеза электроактивных покрытий на основе хромсодержащих СДГ более предпочтительно для дальнейшего получения эффективных фото- и электрокаталитических материалов. По аналогичному маршруту на поверхности вспененного никеля был синтезирован состав CuO-Cu2Cr(OH)5(SO4)·nH2O. Полученный образец представлял собой совокупность отдельных агломераций аморфного Cu2Cr(OH)5(SO4)·nH2O СДГ, связанных между собой нанонитями с кристаллической структурой CuO. Показано, что изменение параметров синтеза (число циклов обработки, pH и концентрация реагентов) не оказало существенного влияния на морфологию, структуру и фотокаталитические характеристики. Величина фототока для данного состава составила 2,9 мкА, что являлось наибольшим значением среди полученных в данном исследовании СДГ соединений. Показана возможность синтеза гидратированного оксида Ag2CrO4·nH2O по методике ионного наслаивания с протеканием обменных реакций на поверхности подложки. Установлено, что при использовании в качестве растворителя водно-спиртовых смесей происходит равномерный рост слоя Ag2CrO4·nH2O на поверхности подложки с наименьшим размером нанокристаллов, что в свою очередь положительно отражается на значении фототока (0,6 мкА). Были предложены маршруты послойного синтеза гидратированных оксидов состава TiO2·nH2O, ZnO·nH2O, Co3O4·nH2O по методике ионного и ионно-коллоидного наслаивания и исследованы их характеристики в составе фотоанодов. Наилучшие фотокаталитические характеристики (фототок 0,9 мкА) проявил состав ZnO·nH2O, что объясняется как относительно большой величиной запрещенной зоны, так и особенностями морфологии полученных нанослоев, представляющих собой совокупность сверхтонких нанокристаллов толщиной до 5 нм. 3. Впервые в рамках метода термической обработки рентгеноаморфных продуктов горения были получены перспективные фотокаталитические материалы на базе многокомопнентных никель-цинковых и кобальт-медных ферритов с малым размером частиц, высокими значениями удельной поверхности и степенью разложения органических красителей. Показано, что в рамках данного метода возможно осуществлять направленный синтез фотокаталитических материалов на основе многокомпонентных ферритов-шпинелей. 4. Проведена эксфолиация исходного порошка графитоподобного нитрида углерода водяным паром при различных температурах процесса. Подготовлена серия из пяти образцов. Подтверждено результатами порошковой рентгеновской дифракции, что проведение процесса эксфолиации не приводит к изменению фазового состава или электронной структуры графитоподобного нитрида углерода. На основании результатов низкотемпературной адсорбции-десорбции азота установлено, что процесс эксфолиации приводит к росту удельной поверхности. Определена оптимальная температура процесса, позволяющая увеличить значение удельной поверхности исходного образца от 57.4 до 156.6 м2/г при обработке водяным паром при температуре 300°С. Получены нанокомпозиты на основе эксфолиированного g-C3N4 и оксидов марганца и кобальта. Все обнаруживаемые пики для образцов g-C3N4/Mn2O3 и g-C3N4/Co3O4 были приписаны кубическому Mn2O3 (JCPDS 89-4836) и кубическому Co3O4 (JCPDS 43-1003) соответственно. Отмечено, что присутствие оксидов не влияет на положение пиков дифракции g-C3N4, а незначительное изменение относительной интенсивности пика отражает только соотношение компонентов. С помощью электронной спектроскопии диффузного отражения были получены графики в координатах Кубелки-Мунка. Значения оптической ширины запрещенной зоны для чистого g-C3N4 и g-C3N4/Mn2O3 (5, 7,5 и 10%) составили 3,09, 3,14, 3,11 и 3,05 эВ соответственно. Значения Eg для нанокомпозита, содержащего 5, 7,5 и 10% Co3O4 были найдены как 3,13, 3,11 и 3,10 эВ соответственно. Существенного изменения электронной структуры графитоподобного нитрида углерода после введения в состав заданного количества оксидов металлов не наблюдалось. Оценены каталитические возможности полученных нанокомпозитов в процессе фотокаталитического риформинга тетрациклина гидрохлорида под действием видимого света. Согласно полученным данным, константы скорости фотокаталитической реакции достигают максимального значения для композитов, содержащих 10% Mn2O3 (k=0,0094 min-1) для первой серии образцов и 7.5% (k=0,0102 min-1) и 10% Co3O4 (k=0,0102 min-1) для второй серии. 5. Проведён синтез фотоактивных электродных материалов электрохимическим анодированием подложек вентильных металлов. Исследован фотогальванический отклик фотокатодных материалов, полученных анодированием титана, циркония, ниобия, тантала, молибдена и вольфрама. Показано, что наибольший фототок достигается на подложках WO3, полученных анодированием вольфрама.

 

Публикации

1. Дмитриев Д.С., Теневич М.И., Попков В.И. Electrocatalytic nickel-based coatings from an ammonia-sulfosalicylic bath for water splitting reactions International Journal of Hydrogen Energy, - (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.351

2. Лобинский А.А., Попков В.И. Direct SILD synthesis of efficient electroactive materials based on ultrathin nanosheets of amorphous CoCr-LDH Materials Letters, 322, 132472 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132472

3. Чебаненко М.И., Омаров Ш.О., Лобинский А.А., Неведомский В.Н., Попков В.И. Steam exfoliation of graphitic carbon nitride as efficient route toward metal-free electrode materials for hydrogen production International Journal of Hydrogen Energy, - (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.468

4. Лобинский А.А., Попков В.И. Ultrathin 2D nanosheets of transition metal (hydro)oxides as prospective materials for energy storage devices: A short review Electrochemical Materials and Technologies, 1, 1, 20221008 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.15826/elmattech.2022.1.008

5. Дмитриев Д.С., Теневич М.И. Синтез композита никель-серебро для электрокаталитичеcкого получения водорода «Электрохимия в распределенной и атомной энергетике», г. Нальчик, 18-22 сентября 2022 г., с.162-165 (год публикации - 2022)

6. Лобинский А.А. Попков В.И. Послойный синтез наноструктурированных пленок слоистых двойных гидроксидов, как перспективных материалов для электрокаталитического получения водорода. «Электрохимия в распределенной и атомной энергетике», г. Нальчик, 18-22 сентября 2022 г., с.173-175 (год публикации - 2022)

7. Мартинсон К.Д., Чебаненко М.И., Попков В.И. Формирование нанокристаллических ферритов в условиях растворного горения: особенности строения и функицональные свойства XII конференция "Химия твердого тела и функциональные материалы - 2022" и XIV Симпозиум "Термодинамика и материаловедение", г. Екатеринбург. 10-13 октября 2022 г., с.234 (год публикации - 2022)

8. Теневич М.И., Попков В.И. Особенности спекания и функциональные свойства церата бария. «Электрохимия в распределенной и атомной энергетике», г. Нальчик, 18-22 сентября 2022 г., с.124-126 (год публикации - 2022)

9. Чебаненко М.И. Омаров Ш.О. Попков В.И. Электрохимические свойства графитоподобного нитрида углерода, эксфолиированного водяным паром. «Электрохимия в распределенной и атомной энергетике», г. Нальчик, 18-22 сентября 2022 г., с.183-186 (год публикации - 2022)

10. Мартинсон К.Д., Сахно Д.Д., Беляк В.Е., Попков В.И. Способ изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита -, 2023108173 (год публикации - )

11. - Никель-медные покрытия микротрубок помогут эффективнее выделять водород и кислород из воды Пресс-служба РНФ, 16.03.2023 (год публикации - )

12. - Электрохимический темплатный синтез микротрубок никель-медь для электрокаталитического получения водорода Официальный сайт ФТИ им. А.Ф. Иоффе, - (год публикации - )