Формирование и исследование новых функциональных нанокомпонентов на основе халькогенидов переходных металлов для эффективных катализаторов солнечной генерации водородно-кислородного топлива и стойких в осложненных условиях антифрикционных покрытий

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 проекта 19-19-00081

НазваниеФормирование и исследование новых функциональных нанокомпонентов на основе халькогенидов переходных металлов для эффективных катализаторов солнечной генерации водородно-кислородного топлива и стойких в осложненных условиях антифрикционных покрытий

Руководитель Фоминский Вячеслав Юрьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-403 - Водородная энергетика

Ключевые слова халькогениды переходных металлов, расщепление воды, выделения водорода, фото-электро-катализаторы, наноструктуры, гибридные наноматериалы, гетероструктуры, импульсное лазерное осаждение, антифрикционные покрытия, трение, износ, осложненные условия

Код ГРНТИ44.31.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Всесторонние экспериментальные и теоретические исследования халькогенидов переходных металлов (ХПМ), интенсивно развивающиеся в последнее время, выявили комплекс уникальных электрофизических, электрохимических и механических свойств нано-размерных форм этих материалов. Атомарно-тонкие пленки ХПМ демонстрируют высокую прочность, полупроводниковую или металлическую проводимость, а также интересные оптические свойства, которые безусловно актуальны для развития нано- и оптоэлектроники. Характер локальной упаковки атомов в ультратонких и кластерных пленках ХПМ во многом определяет и каталитическую активность этих материалов в реакции расщепления воды, и при оптимальных состояниях электрокаталитическая активность этих пленок оказывается сопоставимой с активностью дорогостоящих катодных и анодных материалов, содержащих Pt или Ru/Ir-O2. Выбор элементов для формирования ХПМ-нанокомпонента во многом определяет его оптические свойства, электронную структуру, проводимость и каталитическую активность, которые крайне важны для получения гибридных и гетероструктур, обеспечивающих высокую эффективность в фото-активированных процессах расщепления воды для получения «солнечного топлива» (Н2 и О2). Также сохраняется большой интерес к проблеме применения ХПМ-нанокомпонентов для минимизации потерь энергии в процессах трения. Реализация оптимальных архитектурных решений открывает новые возможности в получении трибо-адаптирующихся антифрикционных покрытий, в особенности, для узлов трения, функционирующих в условиях низких и высоких температур в различных средах и вакууме, когда применение традиционных смазочных материалов сталкивается с большими проблемами. Для широкого практического применения уникальных свойств ХПМ-наноматериалов в области генерации и сбережения энергии важно решить комплекс проблем. Одна из важных проблем — инженерия новых функциональных материалов на основе ХПМ-нанокомпонентов. Требуется изучить и сформулировать требования к микро-, нано- и локальным структурным состояниям ХПМ-нанофаз и их гибридов с поверхностными и диспергированными по объему нано-гетеропереходами. Другая проблема — это разработка универсальных, достаточно простых и эффективных методов, обеспечивающих получение ХПМ-наноматериалов с заданными характеристиками. В связи с этим, в рамках научных исследований по теме проекта планируется впервые всесторонне изучить механизмы роста и закономерности структуро- и фазообразования ультратонких, гибридных, многослойных и кластерных пленок на основе ХПМ-нанофазы при реализации одного из наиболее универсальных и гибких методов физического осаждения – импульсного лазерного осаждения. Для регулирования условий роста различных по функциональному назначению ХПМ-содержащих пленок и покрытий будет разработан комплекс методик, обеспечивающих варьирование энергетических характеристик и состава осаждаемого потока атомов и кластеров, кинетику транспортных и химических процессов при осаждении и последующей термообработке. С помощью разработанных методик будет создан широкий ряд новых функциональных ХПМ-содержащих наноматериалов с различной архитектурой и получены новые важные научные знания о механизмах их функционирования при фото-генерации H2 и О2 и при трении в осложненных условиях. Результаты исследований позволят определить пути дальнейшего совершенствования фото- и каталитически активных ХПМ-содержащих наноматериалов для электродов в эффективных генераторах солнечного топлива, а также направления модернизации архитектуры антифрикционных трибопокрытий, работоспособных в различных условиях трения и износа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фоминский В., Гнедовец А, Фоминский Д., Романов Р., Картцев П., Рубинковская О., Новиков С. Pulsed Laser Deposition of Nanostructured MoS3/np-Mo//WO3−y Hybrid Catalyst for Enhanced (Photo) Electrochemical Hydrogen Evolution Nanomaterials, vol.9, no. 10:1395 (год публикации - 2019)
10.3390/nano9101395

2. Фоминский В.Ю., Неволин В.Н., Фоминский Д.В., Романов Р.И., Грицкевич М.Д. Влияние химического состава и локальной атомной упаковки твердосмазочных нанопокрытий MoSx и MoSex на их трибологические свойства в осложненных условиях Письма в ЖТФ (год публикации - 2020)

3. Фоминский В.Ю., Романов Р.И., Фоминский Д.В., Новиков С.М., Чесноков А.В. Особенности трения скольжения по тонкопленочным покрытиям Mo-S-C, формируемым импульсным лазерным осаждением Трение и износ (год публикации - 2020)

4. Фоминский В., Демин М., Фоминский Д., Романов Р., Гойхман А., Максимова К. Comparative study of the structure, composition, and electrocatalytic performance of hydrogen evolution in MoSx~2+δ/Mo and MoSx~3+δ films obtained by pulsed laser deposition Nanomaterials, vol.10, Iss.2, No.201 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10020201

5. Фоминский В., Демин М., Неволин В., Фоминский Д., Романов Р., Гритскевич М, Смирнов Н. Reactive Pulsed Laser Deposition of Clustered-Type MoSx (x ~ 2, 3, and 4) Films and Their Solid Lubricant Properties at Low Temperature Nanomaterials, Vol.10, Iss.4, No.653 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10040653

6. Фоминский В., Романов Р., Фоминский Д., Соловьев А., Рубинковская О., Демин М., Максимова К., Шветс П., Гойхман А. Performance and Mechanism of Photoelectrocatalytic Activity of MoSx/WO3 Heterostructures Obtained by Reactive Pulsed Laser Deposition for Water Splitting Nanomaterials, Vol.10, Iss.5, No.871 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10050871

7. Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Романов Р.И., Комлева О.В., Карцев П.Ф., Голубков Г.В. Formation of effective electrocatalysts of hydrogen evolution MoSx>2 by pulsed laser ablation assisted by the deposition of Mo nanoparticles Russian Journal of Physical Chemistry B, Vol.14, Iss.4, P.714-721. (год публикации - 2020)
10.1134/S1990793120040041

8. Фоминский В.Ю., Неволин В.Н., Романов Р.И., Рубинковская О.В., Фоминский Д.В., Соловьев А.А. Electrophysical and photo-electrocatalytic properties of MoS2 nanofilms Physics of Atomic Nuclei, No.11, Vol. 83, pp.1529-1532 (год публикации - 2020)
10.1134/S1063778820090094

9. Неволин В.Н., Романов Р.И., Фоминский Д.В., Рубинковская О.В., Соловьев А.А., Фоминский В.Ю. Nanostructured MoS3/WSe2 Thin-Film Photocathode for Efficient Water Splitting Under Light Illumination Inorganic Materials: Applied Research, Vol. 12, Is. 2, pp. 251–261 (год публикации - 2021)
10.1134/S2075113321020404

10. Гойхман А., Фоминский Д., Грицкевич М., Романов Р., Фоминский В., Смирнов Н. Features of pulsed laser ablation of MoS2 and MoSe2 targets and their influence on the tribological properties of the deposited low friction films Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1686, No.1, art. 012044 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1686/1/012044

11. Фоминский В., Фоминский Д., Романов Р., Грицкевич М., Демин М., Швец П., Максимова К., Гойхман А. Specific features of reactive pulsed laser deposition of solid lubricating nanocomposite Mo-S-C-H thin-film coatings Nanomaterials, Том 10, Выпуск 12, Страницы 1 - 24, Номер статьи 2456 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10122456

12. Романов Р., Фоминский В., Демин М., Фоминский Д., Рубинковская О., Новиков С., Волков В., Дорошина Н. Application of pulsed laser deposition in the preparation of a promising MoSx/WSe2/C(В) photocathode for photo-assisted electrochemical hydrogen evolution Nanomaterials, Том 11, Выпуск 6, Номер статьи 1461 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11061461

Публикации