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 23-23-00505

НазваниеНовые композитные полупроводниковые материалы для эффективного фотокаталитического окисления ароматических соединений под излучением УФ- и видимого диапазонов

РуководительЛюлюкин Михаил Николаевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук", Новосибирская обл

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка активных и стабильных фотокатализаторов для разложения летучих органических соединений при использовании света видимого диапазона важна для эффективного использования энергии солнечного света и защиты окружающей среды. Поскольку наиболее распространённый и подходящий для процессов окисления диоксид титана в структуре анатаз активен только под УФ-излучением, постоянно ведутся научные поиски путей по сенсибилизации его к видимому свету. Известно, что диоксид титана, допированный азотом, обладает высокой активностью под видимым светом по сравнению с модифицированным плазмонными металлами диоксидом титана, но вместе с этим он обладает относительно низкой стабильностью активности из-за постепенного разложения форм азота под воздействием мощного излучения. Наравне с ограниченным спектром действия диоксида титана и снижающейся активности азот-допированного TiO2 большой сложностью для фотоокисления является эффективное окислительное разрушение молекул ароматических соединений, например бензола. Это происходит из-за накопления на поверхности катализатора промежуточных продуктов окисления, ингибирующих процесс. Для решения представленных актуальных проблем предлагается использовать подход по синтезу композитных каталитических систем, объединяющих азот-допированный диоксид титана и полупроводниковые соединения висмута, обладающих свойством гетероперехода. Такое совмещение полупроводников позволит повлиять на структуру энергетических уровней композитного полупроводника, расширить спектр действия за счёт уменьшения ширины запрещённой зоны и предотвратить рекомбинацию за счёт лучшего пространственного разделения фотогенерированных носителей зарядов. Для повышения эффективности конверсии бензола до безопасных продуктов упомянутые композитные системы также будут модифицированы нанесением частиц металлов, что должно усилить процесс окисления бензола и подавить накопление монооксида углерода. На данный момент подход по созданию таких каталитических фотосистем практически не затронут в научной литературе и поэтому обладает несомненной новизной. Выполнение проекта позволит получить новые научные результаты, выявить связи между составом, структурой и активностью синтезированных композитных наносистем и закономерности влияния физико-химических характеристик на их фотокаталитическую активность при окислении ароматических соединений. Результаты проекта будут представлены на конференциях и опубликованы как минимум в трёх статьях в высокорейтинговых журналах, индексируемых признанными базами данных.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будет исследовано влияние состава и структуры получаемых композитных катализаторов, чувствительных к свету видимого диапазона, а также условий синтеза на их активность и стабильность в реакции фотоокисления паров бензола. Будут определены спектральные характеристики катализаторов и изучена возможность термического усиления протекания процесса. Помимо непосредственно дизайна композитных гетероструктур полупроводниковых катализаторов, будет проведено модифицирование поверхности частицами и ионами металлов, способных к дополнительному воздействию на активность и стабильность получаемых фотосистем. Конкретные научные результаты будут включать: 1) Связь физико-химических характеристик фотокатализаторов, синтезированных золь-гель методом и методом гидротермальной обработки, с их фотокаталитической активностью в реакции фотокаталитического окисления паров бензола под светом УФ- и видимого диапазонов. 2) Данные о стабильности активности синтезированных образцов и композитных наносистем, о фотонной эффективности процесса и спектр действия для фотокатализаторов. 3) Кинетические закономерности и влияние реакционных условий на протекание процессов фотоокисления паров бензола в стационарном режиме под действием света видимого диапазона излучения. Выполнение данного проекта позволит получить новые научные результаты и разработать эффективные фотокатализаторы. Ожидаемые результаты будут оригинальными и будут обладать новизной. Исследования будут проведены на уровне, сопоставимом с мировым, что позволит опубликовать результаты в высокорейтинговых журналах. Результаты, несомненно, помогут развить направление фотоокисления ароматических соединений под светом видимого диапазона и позволят сделать следующий шаг в практическом применении фотокаталитических технологий очистки воздуха от вредных микропримесей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ