КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 23-73-01234

НазваниеГибридные фотоактивные материалы на основе субфталоцианинов и частиц графитоподобного нитрида углерода

РуководительСкворцов Иван Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет", Ивановская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2023 - 06.2025

Конкурс№84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые словаСубфталоцианины, графитоподобный нитрид углерода, фотоабсорберы, фотокатализ, фотодеструкция, активные формы кислорода, безметальные гибридные материалы

Код ГРНТИ31.21.00, 31.21.27, 31.15.37

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Идея очистки вод от высокотоксичных соединений путём их фотодеструкции до более безопасных низкомолекулярных продуктов является привлекательной, ввиду очевидного сокращения издержек на предотвращение и устранение негативных последствий промышленного производства. Поиск новых объектов для фотокатализа продолжается и недавно были предложены новые материалы на основе безметальных полупроводниковых частиц графитоподобного нитрида углерода [g-C3N4]. Данный материал сам по себе проявляет фотокаталитическую активность, а возможность модификации, позволяет получить ряд структур с широким разнообразием свойств. Необходимость модификации частиц полупроводников обусловлена рядом общих ограничений нативных материалов, основными из которых являются: возможность работы в ограниченном диапазоне длин волн и низкая эффективность разделения заряда, ввиду протекания нецелевых процессов, в частности, быстрой объемной и поверхностной электрон-дырочной рекомбинации. В настоящее время активно ведутся разработки по повышению эффективности преобразования солнечной энергии в фотохимические реакции. Это может быть достигнуто за счет: увеличения площади удельной поверхности, оптимизации кристаллической структуры, изменения морфологии. Дальнейшая модификация связана с внедрением в структуру компонентов иной химической природы, то есть созданием гетероструктур и гибридных материалов. Известно, что наибольшая фотокаталитическая активность материалов достигается в синергии с сокатализаторами, в качестве которых выступают полупроводниковые и металлические частицы. Иной способ – введение в структуру фотоабсорберов, представленныех органическими красителями. Их использование является ключевым фактором, обеспечивающим наиболее эффективную конверсию солнечного излучения. Модификация полупроводников красителями позволяет расширить область поглощения солнечного излучения, что приводит к усилению генерации радикальных частиц, в частности, активных форм кислорода на полупроводниковых материалах. Повышение устойчивости красителя - одна из основных и очевидных задач, которая возникает при использовании фотоабсорберов. Иная проблема заключается в том, что эффективность преобразования солнечной энергии зависит от концентрации красителя на поверхности полупроводника, в тоже время высокая концентрация зачастую приводит к образованию молекулярных агрегатов, которые блокируют основные пути релаксации из возбужденных состояний. Таким образом, красители для фотокатализа помимо фотофизических характеристик, должны показывать высокую стабильность и отсутствие склонности к образованию агрегатов. В последнее время особый интерес исследователей привлекают такие макроциклические фотоактивные соединения, как фталоцианины и их аналоги, которые широко исследуются в качестве компонентов для приложений фотокатализа и органической электроники (OPVC, OLED, OTFT и многое другое). С другой стороны, низшие гомологи фталоцианинов - субфталоцианины, имеющие также большие перспективы в качестве компонентов фотовольтаических ячеек различной архитектуры, но остаются в тени как фотоабсореры в фотокаталических системах, совершенно не изучены в симбиозе с графитоподобным нитридом углерода. В данном проекте поставлена задача получения новых безметальных гибридных материалов с потенциально высокой фотокаталитической активностью на основе красителей субфталоцианинового типа и графитоподобного нитрида углерода с целью установления взаимосвязи структура-активность, в сравнении с известными аналогами.

Ожидаемые результаты
Настоящий проект направлен на получение и изучение свойств новых фотоактивных материалов на основе матрицы графитоподобного нитрида углерода [g-C3N4] в сочетании с красителями субфталоцианинового типа. Выполнение задач проекта включает необходимость тесного междисциплинарного взаимодействия в области химического материаловедения, органического синтеза и катализа. Успешным результатом работы будет являться получения дисперсных материалов с различными типами взаимодействия краситель-матрица и изучение их фотокаталитических свойств на модельных системах, имитирующих органические загрязнители in vitro. В ходе проекта планируется получить не менее десятка новых гибридных фотоактивных материалов на основе g-C3N4 и субфталоцианинов. Практическая значимость заключается в раскрытии особенностей взаимодействия двух заявленных классов соединений, которые в синергии могут оказать существенное увеличение фотокаталитической активности в отношении генерации активных форм кислорода, окисляющими загрязнители органической природы. Реализация заявленного исследования соотносится также с задачами национального проекта «Экология» и, в частности, федерального проекта «Чистая вода» в задачи которого входит: “повышение эффективности очистки сточных вод и обеспечения рационального управления отходами, минимизации воздействия на окружающую среду”. Данная стратегия подразумевает, в том числе, использование современных наукоемких технологий очистки сточных вод. Исследование позволит определить перспективность выбранных объектов в качестве материалов для очистки природных ресурсов от органических загрязнений техногенной природы, а также предоставит ценные знания для специалистов, ведущих разработки в области фотоактивных материалов. Результаты проекта планируется представить не менее чем в трёх публикациях, две из которых в журналах Q1.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---