Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Разработан, синтезирован и всестороннее исследован Mn-содержащий комплекс, фталоцианина марганца(II) (комплекс 1), исследована его способность катализировать электрохимическое окисление воды. Методом циклической вольтамперометрии показано, что водо-окисляющая активность комплекса 1 значительно увеличивается за время первых 100 сканирований, что свидетельствует об образовании в процессе окисления воды формы истинного катализатора. В условиях амперометрии (1.6В в течение 1.5 часов) в присутствии комплекса 1 выявлено образование редокс активных веществ на поверхности FTO электрода. При этом обнаружены сложные реакции, включая солюбилизацию и осаждение редокс активных ионов на поверхности FTO электрода. Показано, что изменения произошли на поверхности FTO-электрода, а не в объеме раствора, что указывает на окисление ионов Mn на поверхности электрода. Способность ЭДТА уменьшать эффективность окисления воды в результате солюбилизации активных участков хелатором свидетельствуют о том, что на поверхности FTO электрода осаждается истинный катализатор. После амперометрии выявлено увеличение значения Rct, указывающее на образовании тонкой пленки распадающихся продуктов. Установлено, что полученная пленка при pH = 7 содержит O (40,08% (W)), Sn (39,90% (W)) и Mn (~11,8% (W)), рассредоточенные на поверхности электрода. Формула поверхности электрода может быть записана как C14.30N3.32Cl0.09Mn5.79Sn9.05O67.45. Выявлены области, с органическими и неорганическими фазами. Неорганические области содержат слоистые оксиды Mn. Органические фазы содержат большое количество углерода. Выявлено появление органического лиганда в растворе (фталимида или 2-цианобензойной кислоты), образующегося в результате разложения исходного лиганда, но в отличие от фталоцианина неспособного образовывать стабильный металлический комплекс с ионом Mn. Показано, что на поверхности электрода вначале образуются очень мелкие частицы оксида Mn, которые впоследствии растут, образуя сферические частицы путем агрегации оксидных слоев Mn. Таким образом, экспериментально показано, что истинный катализатор окисления воды образующийся из фталоцианина марганца (II) представляет собой наноразмерный оксид Mn, образованный на поверхности электрода. Механизм образования оксида Mn из комплекса заключается в разложении фталоцианина марганца (II). Разложение фталоцианина марганца, по-видимому, необходимо для образования оксида Mn, поскольку фталоцианин марганца(II) стабилен. Показано, что даже в случае устойчивого Mn-содержащего комплекса возможна конверсия комплекса в наноразмерные Mn-оксиды. Mousazade Y, Najafpour MM, Bagheri R, Jaglicic Z, Singh JP, Chae KH, Song Z, Rodionova MV, Voloshin RA, Shen JR, Ramakrishna S, Allakhverdiev SI (2019) A manganese(II) phthalocyanine under water-oxidation reaction: new findings. Dalton Transactions, 48(32):12147-12158. IF=4.052 Q1 DOI:10.1039/C9DT01790A. 2. Разработан и синтезирован моноядерный комплекс никеля(II) (комплекс 1) с большим фосфиновым лигандом (1,2-бис(дициклогексилфосфино)-этан) (1; C30H54N2NiP2·2(BF4)·0.5(H2O)). Установлено, что комплекс 1 представляет собой комплекс катиона Ni(II) и двух анионов BF4-, расположенных рядом с комплексом в качестве противоионов, причем один из них разупорядочен в двух положениях. Половина молекулы воды захватывается кристаллической решеткой, которая стабилизируется взаимодействиями водородной связи. Координационная геометрия вокруг иона никеля (II) является искаженной квадратно-планарной в виде cis-[NiP2N2], состоящей из двух атомов фосфора из 1,2-бис-(дициклогексилфосфино)-этанового лиганда и двух атомов азота из двух скоординированных молекул ацетонитрильного растворителя. Фосфиновый лиганд действует как нейтральный бидентатный лиганд и образует пятичленный NiP2N2 металлоцикл с углом P1-Ni-P2 в 87.42(3)°. Циклогексановые кольца фосфинового лиганда расположены в конформации стула, а их длины связей и углы находятся в нормальном диапазоне, указанном для циклогексановых колец в конформации стула. Кристаллическая структура комплекса 1 стабилизируется взаимодействиями водородной связи C-H ∙∙F, O-H ∙∙F и C-H ∙∙O. Установлено, что комплекс 1 относительно стабилен в присутствии небольших количеств (1-5%) воды. Через 3 часа амперометрии комплекса 1 при потенциале 1.8В (KNO3: 0.1М) полученный FTO-1 электрод показал высокую активность в отношении окисления воды в КОН (0.10М), что в четыре раза больше, чем активность свежего FTO электрода. Показано, что комплекс 1 разлагается на соединение Ni на поверхности FTO электрода. UV-Vis спектр полученного FTO электрода очень похож на UV-Vis спектр свежего FTO электрода, что является многообещающим для создания прозрачного электрода, обладающего способностью окислять воду. Большой лиганд вокруг иона Ni в структуре комплекса 1 ингибирует образование крупных частиц оксидов никеля. SEM-изображения FTO электрода после амперометрии показали (нано) частицы, содержащие C, N, P и Ni. Данные EDS частиц показали, что они содержат: O (~13,47%), N (~3,22%), C (~76,68%), P (~4,74%) и Ni (~1,62%). В других областях электрода обнаруживаются разные элементы: O (~51,8%), N (~14,74%), C (~15,99%), P (~0,82%), Sn (~16,46%) и Ni (~0,2%). Таким образом, мы предполагаем, что разложение комплекса 1 происходит после адсорбции комплекса 1 на поверхности электрода и что комплекс 1 не является истинным катализатором окисления воды. Синтезированный электрод исследовали методом сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). Четко различимы стекло и участок оксида олова, легированного фтором. Участок оксида олова, легированный фтором, является кристаллическим и определяется как с помощью STEM, так и SAED. Полученное результаты свидетельствуют о том, что структура электрода остается неизменной после реакции. Таким образом разработан, синтезирован и исследован комплекс Ni с объемным лигандом (1,2-бис (дициклогексилфосфино)-этаном). Комплекс нестабилен в присутствии воды, и предполагается, что комплекс является предварительным катализатором окисления воды. Большой лиганд вокруг иона Ni вызывает образование Ni-иона или частиц Ni очень малого размера, образующихся на поверхности электрода, которые являются активными катализаторами реакции окисления воды. Поскольку наноразмерный оксид или ион Ni прозрачен и не влияет на прозрачность FTO-электрода (оксид олова, легированного фтором), то это перспективный способ синтезировать прозрачный электрод, обладающий способностью окислять воду. Azadi G, Bagheri R, Bikas R, Mousazade Y, Cui J, Song Z, Kinzhybalo V, Shen JR, Allakhverdiev SI, Najafpour MM (2018) A transparent electrode with water-oxidizing activity. International Journal of Hydrogen Energy, 43(51):22896-22904. IF=4.084 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.10.146 3. Разработано, синтезировано и исследовано в качестве катализатора электрохимического окисления воды новое химическое соединение. Это - четырех-ядерный комплекс, в котором молекулы лиганда (бис-[(E)-N0-(1-(пиридин-2-ил)-этилиден)]-карбогидразида) координируются с ионами металлов в моно-отрицательной форме (L) с образованием четырех-ядерной [NiL]4+4 единицы. Каждый ион Ni(II) шестикоординирован атомами азота пиридина, азота азометина и кислорода двух перпендикулярных лигандов карбогидразона в мер-конфигурации. Показано, что в условиях окисления воды в присутствии комплекса на FTO электроде образуется соединение на основе ионов Ni(II) которое осуществляет указанный каталитический процесс. Разработанный комплекс является перспективным для синтеза прозрачного FTO электрода, обладающего способностью катализировать окисление воды. Azadi G, Zand Z, Mousazade Y, Bagheri R, Cui J, Song Z, Bikas R, Wozniak K, Allakhverdiev SI, Najafpour MM (2019) A tetranuclear nickel(II) complex for water oxidation: Meeting new challenges. International Journal of Hydrogen Energy, 44(5):2857-2867. IF=4.084 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.059 4. Выполнена объемная работа и получены результаты по отслеживанию, сбору, изучению и анализу существующих публикаций, переработке выявленной информации и теоретического анализа последних достижений в исследованиях методов обработки, перспективах и проблемах использования биомассы водорослей в качестве сырья для производства биотоплива. В результате написан и опубликован научный обзор. Bolatkhan K, Kossalbayev BD, Zayadan BK, Tomo T, Veziroglu TN, Allakhverdiev SI (2019) Hydrogen production from phototrophic microorganisms: Reality and perspectives. International Journal of Hydrogen Energy, 44(12):5799-5811. IF=4.084 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.092 5. Получены результаты обширного первичного скрининга на наличие липид-аккумулирующих микроводорослей с помощью качественной реакции с липид-специфическими красителями. Выявлено пять аксенновых (чистых) изолятов микроводорослей со стабильным ростом. Изучены их продуктивность и состав жирных кислот. Выделенные штаммы идентифицированы как Chlorella vulgaris sp-1, Ankistrodesmus sp-21, Scеnеdésmus obliquus sp-21, Chlorella pyrenoidosa sp-13 и Chlamydomonas sp-22. Установлено, что наибольшее содержание липидов наблюдалось у штаммов Chlorella vulgaris sp-1 и Scеnеdésmus obliquus sp-21 (28,7 и 29,8% сухого веса клеток соответственно). Наибольшая массовая доля насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот обнаружена у штамма Scеnеdésmus obliquus sp-21 (61,9%). В качестве перспективного кандидата для производства биодизеля выбран штамм Scеnеdésmus obliquus sp-21, выделенный из горячих источников. Sadvakasova AK, Akmukhanova NR, Bolatkhan K, Zayadan BK, Usserbayeva AA, Bauenova MO, Akhmetkaliyeva AE, Allakhverdiev SI (2019) Search for new strains of microalgae-producers of lipids from natural sources for biodiesel production. International Journal of Hydrogen Energy, 44(12):5844-5853. IF=4.084 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.093 6. Экспериментально доказано, что с помощью недорогих многомерных методов исследования таких: как измерение трехмерных спектров возбуждения-эмиссии флуоресценции, когда результаты измерения флуоресценции представляются в виде матрицы, (excitation-emission matrix (EEM)) в сочетании с трехсторонним анализом, параллельным факторным анализом (PARAFAC) и анализом главных компонентов (PCA) для распознавания двух типов образцов можно надежно различать две группы белковых образцов. Akbarian S, Kompany-Zareh M, Najafpour MM, Tomo T, Allakhverdiev SI (2019) Unsupervised classification of PSII with and without water-oxidizing complex samples by PARAFAC resolution of excitation-emission fluorescence images. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology, 195:58-66. IF=4.067 Q1 https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.03.008 7. Показано, что осмолиты: сахароза и глицин-бетаин существенно повышают стабильность и продолжительность эффективного функционирования электролитической солнечной ячейки на основе тилакоидов, в том числе при нагревании вплоть до температуры 50°С. R.A. Voloshin, N.G. Brady, S.K. Zharmukhamedov, Y.M. Feyziyev, I.M. Huseynova, M.M. Najafpour, J.‐R. Shen, T.N. Veziroglu, B.D. Bruce, S.I. Allakhverdiev (2019) Influence of osmolytes on the stability of thylakoid‐based dye‐sensitized solar cells. International Journal of Energy Research - Wiley Online Library, 43(14): 8878-8889. IF=3.343 Q1 https://doi.org/10.1002/er.4866 8. При финансовой поддержке проекта РНФ №19-14-00118 в 2019 году мы опубликовали: шесть научных статей в высокорейтинговых научных изданиях (все в изданиях, входящих в первый квартиль (Q1) и все индексируется во всех трех базах данных WOS SCOPUS РИНЦ: International Journal of Hydrogen Energy, 44(5):2857-2867. IF=4.084 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.059; International Journal of Hydrogen Energy, 44(12):5799-5811. IF=4.084 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.092; International Journal of Hydrogen Energy, 44(12):5844-5853. IF=4.084 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.093; Dalton Transactions, 48(32):12147-12158. IF=4.052 DOI:10.1039/C9DT01790A; Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology, 195:58-66. IF=4.067 https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.03.008, International Journal of Energy Research, 43(14): 8878-8889. IF=3.343 https://doi.org/10.1002/er.4866, пять тезисов. Все публикации аффилированы с организацией ИФР РАН - адресатом финансирования, а в качестве источника финансирования исследования указан Российский научный фонд. Подготовлены и успешно доложены (с указанием проекта РНФ №19-14-00118 в качестве источника финансирования выполненных работ) один устный (лекция) и четыре стендовых доклада на международных и отечественных конференциях.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Впервые экспериментально показана способность клеток филаментой негетероцистной цианобактерии дикого типа Desertifilum sp. IPPAS B-1220 вырабатывать молекулярный водород как в темноте, так и на свету (причем на свету в 20 раз интенсивнее, чем в темноте) в течение относительно продолжительного времени. На свету клетки этого штамма способны генерировать молекулярный водород со скоростью 0,229 мкмоль/мг Хл/ч в течение 166 ч. Для всех штаммов (включая другие исследованные штаммы) цианобактерий выявлена оптимальная концентрация ингибитора фотосинтетического транспорта электрона, диурона (10 мкМ), при которой происходит существенное увеличение интенсивности генерации молекулярного водорода, в том числе показано, что при этой концентрации диурона генерация молекулярного водорода на свету клетками штамма Desertifilum sp. IPPAS B-1220 увеличивается в 1,5 раза. Kossalbayev B.D., Tomo T., Bolatkhan K., Zayadan B.K., Sadvakasova A.K., Bolatkhan K., Alwasel S., Allakhverdiev S.I. (2020) Determination of the potential of cyanobacterial strains for hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, 45(4):2627-2639 IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.11.164 2. На основе коммерческого Fe-Ni сплава с помощью относительно простой процедуры изготовлен доступный, эффективный и стабильный катализатор электрохимического окисления воды. Подготовленный электрод подробно исследован рядом методов. Установлено, что электрод при pH13 инициирует начало окисления воды при перенапряжении 195 мВ. При перенапряжении 210 мВ плотность тока в этой реакции составляет 1 мА/см2. После 5 часов амперометрии при перенапряжении 695 мВ обнаружено увеличение степени окисления воды, измеряемое по плотности тока в данной реакции с 33 до 39 мА/см2. Safdari T., Akbari N., Valizadeh A., Bagheri R., Song Z., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2020) Iron-nickel oxide: a promising strategy for water-oxidation. New Journal of Chemistry, 44:1517-1523 IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/C9NJ05644K 3. Получены данные о том, что экологически чистое соединение, биомолекула витамин B12 (цианокобаламин) может быть использован в качестве эффективного растворимого в воде катализатора окисления воды на основе Co. Результаты непрерывной CV и EDTA обработки, позволяют предполагать, что за катализ реакции окисления воды отвечает разложившийся комплекс. При коротком времени амперометрии методами EDX-SEM и XPS не обнаружено новых соединений на поверхности электрода. Это может быть связано с низким содержанием соединений кобальта на поверхности электрода, которое меньше, чем предел обнаружения EDX-SEM и XPS. При длительной амперометрии наночастицы можно было легко обнаружить с помощью EDX-SEM. Допуская функционирование гомогенного катализатор при рН11, активность соединения В12 в реакции окисления воды может характеризироваться частотой оборота (11 с-1). Результаты этой работы находятся на стадии подготовки к опубликованию в одном из ведущих международных научных изданий. 4. Получены результаты отслеживания, сбора, изучения и анализа существующих публикаций, переработки выявленной информации и теоретического анализа последних достижений в исследованиях водоокисляющего комплекса фотосистемы II: его структуре и связи с катализаторами на основе оксида марганца. В результате написан и опубликован научный обзор. Najafpour M.M., Zaharieva I., Zand Z., Hosseini S.M., Kouzmanova M., Hołynska M., Tranca I., Larkum A.W., Shen J.R., Allakhverdiev S.I. (2020) Water-oxidizing complex in Photosystem II: Its structure and relation to manganese-oxide based catalysts. Coordination Chemistry Reviews, 409:213183 IF=15.367 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213183 5. Получены результаты отслеживания, сбора, изучения и анализа существующих публикаций, переработки выявленной информации и теоретического анализа последних результатов в исследованиях достижений, проблем, возможных способов их решения и перспектив использования цианобактерий для промышленного производства молекулярного водорода. В результате написан и опубликован научный обзор. Sadvakasova A.K., Kossalbayev B.D., Zayadan B.K., Bolatkhan K., Alwasel S., Najafpour M.M., Tomo T., Allakhverdiev S.I. (2020) Bioprocesses of hydrogen production by cyanobacteria cells and possible ways to increase their productivity. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 133: 110054 IF=12.110 Q1 https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110054 6. Получены результаты исследований активности пентаядерного комплекса железа в реакции выделению кислорода и рассмотрена роль других соединений железа, отличных от этого комплекса, в кислород-выделяющей реакции в качестве кандидатов на роль истинного катализатора, генерируемых в присутствии этого высокоэффективного катализатора. Структура комплекса состоит из ядра [Fe3(µ3-O)], обернутого двумя звеньями [Fe(µ-L)3, LH: 2,2'-(1H-пиразол-3,5-диил) дипиридин]. Mehrabani S., Bikas R., Zand Z., Mousazade Y., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2020) Water splitting by a pentanuclear iron complex. International Journal of Hydrogen Energy, 45(35):17434-17443 IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.04.249 7. Выяснена роль наноразмерных частиц, подобных гидроксиду Ni, образующихся в присутствии металлорганического комплекса на основе никеля, [Ni(TMC)(CH3CN)](NO3)2 в реакции выделения кислорода, которая заключается в том, что эти наноразмерные частицы служат альтернативным катализатором для данной реакции. Разработан новый многообещающий метод обнаружения наноразмерных частиц, подобных гидроксиду Ni, на поверхности электрода. Kalantarifar S., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2020) Water oxidation by a nickel complex: New challenges and an alternative mechanism. International Journal of Hydrogen Energy, 45(58):33563-33573, IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.111 8. В результате исследований перспектив создания безотходной технологии очистки сточных вод и использования диоксида углерода на основе цианобактерий для производства биодизеля установлено, что штаммы рода Cyanobacterium наиболее подходят для производства биодизельного топлива по составу жирных кислот и определены оптимальные условия для роста этого микроорганизма. Показано, что этот микроорганизм имеет высокий потенциал для производства биодизеля как производитель насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот со средней длиной цепи. Bolatkhan K., Sadvakasova A.K., Zayadan B.K., Kakimova A.B., Sarsekeyeva F.K., Kossalbayev B.D., Bozieva A.M., Alwasel S., Allakhverdiev S.I. (2020) Prospects for the creation of a waste-free technology for wastewater treatment and utilization of carbon dioxide based on cyanobacteria for biodiesel production. Journal of Biotechnology, 324:162-170, IF=3.503 Q1 https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.10.010 9. Получены данные о фотоэлектрохимических характеристиках и поведении 1) смешанного оксида титана, сгенерированного в результате наложения высокого напряжения, и 2) гетероперехода оксида марганца (Ti-TiOx-MnOx), а также результаты сравнения этих данных с фотоэлектрохимическими характеристиками и поведением нанотрубок из оксида титана с рутиловой фазой, которая широко используется в качестве эталона благодаря хорошо известным фотоэлектрохимическим характеристикам и гетеропереходу оксида марганца (Ti-нанотрубки-MnOx). Khosravi M., Feizi H., Haghighi B., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2020) Photoelectrochemistry of manganese oxide/mixed phase titanium oxide heterojunction. New Journal of Chemistry, 44(8):3514-3523 IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/C9NJ06265C 10. Впервые разработан, синтезирован и исследован целым рядом методов комплекс димера хлорбис(циклооктен)иридия(I) с простым углеводородным лигандом в качестве предкатализатора реакции выделения кислорода в присутствии церий(IV) аммоний нитрата (CAN). Показано, что электронные спектры поглощения комплекса и многих ранее описанных комплексов иридия в присутствии CAN имеют пики поглощения при 500-750 нм. Поскольку этот комплекс содержит Ir, Ce, C, N и O, то, кандидатом на роль катализатора выделения кислорода может быть не простой оксид иридия, как это обычно утверждается в литературе, а некие соединения на основе оксида иридия. Madadkhani S., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2020) An iridium-based nanocomposite prepared from an iridium complex with a hydrocarbon-based ligand. New Journal of Chemistry, 44: 15636-15645 IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/D0NJ02257H 11. Разработаны, синтезированы и исследованы на предмет ингибирования фотохимической активности фотосистемы II (ФСII) и ключевых хлоропластных ферментов, таких как карбоангидраза и глутатионредуктаза шесть новых комплексов сурьмы(III). Khalilovaa L., Rodionova M.V., Karacan M.S., Karacan N., Alwasel S., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Allakhverdiev S.I. (2020) The inhibitory effect of new antimony(III)-based organometallic complexes on the photochemical activity of photosystem II and the activity of chloroplast carbonic anhydrase and glutathione reductase. Nanotechnologies in Russia, V.15, N.1, P.90-95. IF нет DOI: 10.1134/S1995078020010140 12. При финансовой поддержке проекта РНФ №19-14-00118 в 2020 году мы опубликовали: девять научных статей в высокорейтинговых научных изданиях (все в изданиях, входящих в первый квартиль (Q1) и все индексируется во всех трех базах данных WOS, SCOPUS, РИНЦ: Coordination Chemistry Reviews, 409, Article 213183, IF=15.367 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213183; Renewable and Sustainable Energy Reviews, 133, Article 110054, IF=12.110 Q1 https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110054; International Journal of Hydrogen Energy, 45(4):2627-2639, IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.11.164; International Journal of Hydrogen Energy, 45(58):33563-33573, IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.111; International Journal of Hydrogen Energy, 45(35):17434-17443, IF=4.939 Q1 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.04.249; Journal of Biotechnology, 324:162-170, IF=3.503 Q1 https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.10.010; New Journal of Chemistry, 44(4):1517-1523, IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/C9NJ05644K; New Journal of Chemistry, 44(8):3514-3523, IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/C9NJ06265C; Journal of Chemistry, 44(36):15636-15645, IF=3.288 Q1 https://doi.org/10.1039/D0NJ02257H и одну научную статью в журнале Nanotechnologies in Russia, 15(1):90-95. DOI: 10.1134/S1995078020010140 Все публикации аффилированы с организацией ИФР РАН - адресатом финансирования, а в качестве источника финансирования исследования указан Российский научный фонд. Докладов в связи с пандемией Covid-19 (и соответственно, тезисов) нет

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Фотокатализаторы являются частью ключевых стратегий создания экологически чистого топлива. Получены результаты аналитического сравнения фотоэлектрохимических характеристик и поведения гетероперехода оксида титана со смешанной фазой и оксида железа (электрод Ti-TiOx-(высоковольтный)-FeOx) с фотоэлектрохимическими характеристиками и поведением нанотрубок оксида титана с рутильной фазой и гетеропереходом оксида железа (электрод TiOx-нанотрубки-(H2SO4/KF)-FeOx). Оба гетероперехода всесторонне охарактеризованы с помощью методов сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, спектроскопии диффузного UV-Vis отражения, рентгеновской дифракции и спектроскопии ослабленного полного отражения. Показано, что электрод Ti-TiOx-(высоковольтный)-FeOx показывает анодный фотоэлектрохимический отклик на длинах волн короче 530 нм и катодный фотоэлектрохимический отклик на длинах волн более 530 нм. Однако электрод TiOx-нанотрубки- (H2SO4/KF)-FeOx постоянно демонстрирует анодный фотоэлектрохимический отклик. Т.е. применение стабилизирующего потенциала и наличие/отсутствие растворенного кислорода нельзя рассматривать как существенные факторы, влияющие на фотоэлектрохимические свойства исследованных электродов: Ti-TiOx-(высоковольтный)-FeOx и TiOx-нанотрубки- (H2SO4/KF)-FeOx. Установлено, что, несмотря на различную морфологию, наблюдаемую на данных визуализации SEM, осажденные слои оксида железа, как на смешанных фазах оксида титана, так и на нанотрубках оксида титана имеют одинаковую фазовую структуру гематита. Но только оксид железа, электроосажденный на поверхности оксида титана со смешанной фазой, который содержит как анатазную, так и рутильную фазы, с вакантными участками кислорода, демонстрирует неожиданные анодные и катодные фотоэлектрохимические отклики. Согласно свойствам этих электродов, полученным указанными выше методами и результатам фотоэлектрохимических исследований, различное химическое окружение смешанного оксида титана и возможное образование различных типов структур гетероперехода в смешанных фазах оксида титана и оксида железа, в отличие от нанотрубок из оксида титана и оксида железа можно рассматривать как возможные видимые причины наблюдаемых различных фотоэлектрохимических реакций. Эти данные проясняют фотоэлектрохимию гетероперехода оксид железа/оксид титана со смешанной фазой и существенны для разработки систем преобразования солнечной энергии. Khosravi M., Feizi H., Haghighi B., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2021) Investigation of photo-electrochemical response of iron oxide/mixed-phase titanium oxide heterojunction toward possible solar energy conversion. International Journal of Hydrogen Energy, 46(10):7241-7253. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.247; 2. Выяснено влияние концентрации KOH в ванне для анодирования, времени анодирования и температуры прокаливания на фотоэлектрохимические свойства и изменения фазовой структуры фотокатализатора на основе металлического титана/оксида титана со смешанной фазой, получаемого на титановом электроде методом высоковольтного анодирования. Эти данные крайне важны для приготовления фотокатализаторов на основе оксида титана и оксидов других металлов посредством процесса анодирования под высоким напряжением. Чтобы понять механизм образования смешанного фазового оксида титана были использованы фотоэлектрохимические методы, инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье с ослабленным полным отражением (FTIR-ATR), дифракция рентгеновских лучей и спектроскопия комбинационного рассеяния. Исследованы также фотоэлектрохимические свойства фотокатализаторов, приготовленных при одной энергии возбуждения - фиолетовом свете (410 нм). Выяснено, что время анодирования и концентрация KOH в ванне анодирования оказывают значительное влияние на фотоэлектрохимические свойства фотокатализаторов. Показано, что влияние концентрации KOH является функцией приложенного потенциала анодирования, демонстрируя различные закономерности при изменении потенциала анодирования. С помощью FTIR-ATR, рентгеновской дифракции и спектроскопии комбинационного рассеяния выяснено, что (1) увеличенное время анодирования снижает популяцию ОН-содержащих групп и приводит к снижению фотоэлектрохимических характеристик; (2) образование фаз анатаза становится более благоприятным только при увеличенном времени анодирования перед применением процесса прокаливания; (3) температура прокаливания оказывает значительное влияние на соотношение анатаза и рутила: (4) увеличение концентрации KOH приводит к образованию слоя аморфного оксида титана. Эти данные окажут существенное влияние на приготовление фотокатализаторов оксида титана и других оксидов металлов посредством процесса анодирования под высоким напряжением. Amouzad S., Khosravi M., Monadi N., Haghighi B., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2021) Photo-electrochemistry of metallic titanium/mixed phase titanium oxide. International Journal of Hydrogen Energy, 46(37):19433-19445. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.106; 3. Соединения кобальта интенсивно исследуются как эффективные катализаторы реакции выделения кислорода (OER). Поскольку витамин B12 представляет собой растворимое соединение кобальта с высокой ферментативной активностью, оценка его OER-активности имеет значение для исследования биомимических катализаторов. Здесь с помощью комбинации передовых методов: in situ электрохимической жидкостной просвечивающей электронной микроскопии (EC-LTEM); in situ спектроэлектрохимии в УФ- и видимом диапазоне; и in situ спектроскопией расширенной тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS) исследована временная эволюция гомогенного катализатора витамина B12 на ранних стадиях реакции выделения кислорода. Мы впервые получили прямые доказательства динамики диффузного слоя на границе рабочего электрода на основе биомимического гомогенного катализатора, витамина B12, на ранних стадиях реакции выделения кислорода. Установлено, что начальной стадией каталитического пути является образование наночастиц оксифосфата кобальта на границе раздела рабочего электрода в присутствии фосфатного буфера. Результаты расчетов подтвердили, что путь окисления лиганда может происходить при потенциалах ниже термодинамического барьера OER (1,23 В по сравнению с обратимым водородным электродом (RHE)), что приводит к выщелачиванию ионов Co в электролит. Мы проиллюстрировали высокую точность и чувствительность EC-LTEM в рабочих условиях для мониторинга гетерогенных катализаторов, образующихся вовремя OER, и для оценки их фактической роли в каталитическом процессе. Abdi Z., Balaghi S.E., Sologubenko A.S., Willinger M.-G., Vandichel M., Shen J.-R., Allakhverdiev S.I., Patzke G.R., Najafpour M.M. (2021) Understanding the Dynamics of Molecular Water Oxidation Catalysts with Liquid-Phase Transmission Electron Microscopy: The Case of Vitamin B12. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9(28):9494-9505. IF=8.198, Q1, https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c03539; 4. Разработан, синтезирован и исследован новый истинный катализатор электрохимического расщепления воды на основе оксида Fe, образующийся в процессе разложения биядерного комплекса Fe(III) в реакции выделения кислорода. Катализатор показывает каталитический ток с началом перенапряжения 621 мВ и наклоном Тафеля 113,7 мВ на декаду при pH11 в фосфатном буфере. Окисление воды - ключевая реакция в процессе расщепления воды. Разложение молекулярных структур на основе Fe до оксидов на основе Fe является многообещающим методом получения истинных катализаторов реакции выделения кислорода в процессе окисления воды. В процессе этого метода (разложения молекулярных структур на основе Fe) происходит медленное разложение предварительных катализаторов и образование истинных катализаторов на основе оксидов железа. В данном исследовании разновидности соединений Fe, образовавшиеся в результате разложения биядерного комплекса Fe(III) в реакции ОER, исследованы методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектрометрии, рентгеновской дифракции и электрохимическими методами. Кроме того, нами найден новый способ обнаружения следов Fe на поверхности электрода с помощью Ni(OH)2. Полученный катализатор на основе оксида Fe показывает каталитический ток с началом перенапряжения 621 мВ и наклоном Тафеля 113,7 мВ на декаду при pH11 в фосфатном буфере. Valizadeh A., Bikas R., Aleshkevych P., Kozakiewicz A., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2021) A dinuclear iron complex as a precatalyst for water oxidation under alkaline conditions. International Journal of Hydrogen Energy, 46(58):29896-29904. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.123; 5. Предполагается, что в ближайшем будущем разщепления воды станет важным для хранения избыточной возобновляемой электроэнергии в виде молекулярного водорода. Хотя реакция выделения кислорода при окислении воды является критической реакцией для расщепления воды, необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить детали механизма этой реакции для различных электрокатализаторов. В частности, для гомогенных электрокатализаторов широко применяется уравнение Рэндлса-Севчика для определения частоты оборота катализатора. На примере динамического осаждения/растворения гетерогенного Co-содержащего катализатора, витамина B12, в процессе реакция выделения кислорода мы показали, что использование традиционно применяемых методов расчетов (в частности уравнение Randles-Sevcik для расчета частоты оборота катализатора) слишком сложно и не всегда правильно. Действительно, традиционно применяемые методы пост-характеризации не обеспечивают достаточной точности, чтобы доказать однородность механизмов реакция выделения кислорода; таким образом, использование уравнения Рэндлса-Севчика для расчета частоты оборота катализатора не обязательно правильно. Abdi Z., Vandichel M., Sologubenko A.S., Willinger M.-G., Shen J.-R., Allakhverdiev S.I., Najafpour M.M. (2021) The importance of identifying true catalyst to use Randles-Sevcik equation to calculate turnover Frequency. International Journal of Hydrogen Energy, 46(76):37774-37781.IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.039; 6. Выполнена объемная работа по отслеживанию, сбору, изучению и анализу публикаций, переработке выявленной информации с целью подготовки научного обзора существующих данных о перспективах производства биотоплива из цианобактерий; о потенциале цианобактерий в преобразовании сточных вод в биотопливо; о накоплении липидов и содержании жирных кислот у различных представителей цианобактерий; о доступных в настоящее время методах извлечения липидов из фототрофных микроорганизмов; их преимущества и недостатках; о ключевых моментах развития технологий преобразования биомассы цианобактерий в биотопливо. В результате написан и опубликован научный обзор. Sadvakasova A.K., Kossalbayev B.D., Zayadan B.K., Kirbayeva D.K., Alwasel S., Allakhverdiev S.I. (2021) Potential of cyanobacteria in the conversion of wastewater to biofuels. World Journal of Microbiology and Biotechnology 37, Article number:140. IF=3.312, Q2, https://doi.org/10.1007/s11274-021-03107-1: 7. Все приведенные в отчете данные получены впервые. 8. Результаты проекта широко и всесторонне донесены до научной общественности: (1) опубликовано шесть научных статей в высокорейтинговых научных изданиях (пять из них в изданиях, входящих в первый квартиль (Q1) и все индексируется во всех трех базах данных WOS, SCOPUS, РИНЦ): одна статья в ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9:9494-9505. IF=8.198, Q1, https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c03539; четыре статьи в International Journal of Hydrogen Energy, 46(10):7241-7253. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.247; International Journal of Hydrogen Energy, 46(37):19433-19445. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.106; International Journal of Hydrogen Energy, 46(58):29896-29904. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.123; International Journal of Hydrogen Energy, 46(76):37774-37781. IF=5.816, Q1, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.039; одна статья в World Journal of Microbiology and Biotechnology 37:140. IF=3.312, Q2, https://doi.org/10.1007/s11274-021-03107-1; (2) сделано десять стендовых докладов и опубликовано, соответственно, десять тезисов докладов на трех представительных научных конференциях. Все публикации аффилированы с организацией ИФР РАН - адресатом финансирования, а в качестве источника финансирования исследования указан Российский научный фонд, проект № 19-14-00118.