НОВЫЙ КЛАСС ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВИСМУТАТОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ НУЖД ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

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 19-73-10013

НазваниеНОВЫЙ КЛАСС ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВИСМУТАТОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ НУЖД ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Руководитель Штарев Дмитрий Сергеевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" , Приморский край

Конкурс №41 - Конкурс 2019 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; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова фотокатализаторы, видимый свет, висмутат щелочноземельного металла, вимутат, щелочноземельный металл, карбонат щелочноземельного металла, карбонат висмутила, кабронат, полупроводниковые фотокатализаторы, гетроструктуры, фотокаталитическая деструкция, механизмы фотокаталитических реакций

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последнее время интенсивность исследования новых висмут-содержащих фотокатализаторов значительно возросла. Подробнее основные направления и причины таких исследований описаны в разделе «Современное состояние». Общим для таких фотокатализаторов является то, что почти всегда они рассматриваются как основной элемент различных композитных структур (гетероструктуры, “Core@Shell”-структуры, покрытия и т.д.). В данном Проекте в качестве со-катализатора предлагается рассмотреть два новых класса соединений – карбонаты щелочноземельных металлов и карбонат висмутила. Использование карбонатов в таком качестве является новым, а потому предлагаемое комплексное исследование является научно значимым. В представленном Проекте предлагается всесторонне исследовать и дать объяснение новому эффекту – значительному повышению фотокаталитической активности гетероструктур типа «висмутат щелочноземельного металла – карбонат щелочноземельного металла» и «висмутат щелочноземельного металла – карбонат висмутила» при определенной концентрации последнего. Объяснение этого эффекта может открыть путь к эффективной сенсибилизации большого количество фотокатализаторов, не используемых в настоящее время по различным причинам. В этом заключается актуальность решения обозначенной проблемы. Научная новизна данного проекта заключается в том, что впервые предлагается провести системное исследование свойств гетерогенных фотокаталитических композиций типа MexBiyOz/MeCO3 (Me = Sr, Ba) и MexBiyOz/(BiO)2CO3 в зависимости от их состава. Будет впервые системно исследован и объяснен эффект зависимости фотокаталитической активности гетероструктур подобного класса от доли карбоната щелочноземельного металла (или карбоната висмутила) в их составе. Будет установлено и объяснено влияние катиона щелочноземельного металла (стронция, бария) в гетероструктурах подобного класса на их свойства. В результате выполнения проекта будут получены важные фундаментальные знания о процессах фотовозбуждения и переноса заряда в фотокаталитических композициях данного класса, изучен механизм каталитического действия композиций MexBiyOz/MeCO3 (Me = Sr, Ba) и MexBiyOz/(BiO)2CO3, проведена характеризация новых фотокатализаторов по таким параметрам как спектральная область собственного поглощения, активность в модельных реакциях, доказан каталитический характер ряда реакций и др. Комплекс проведенных исследований значительно расширит область фундаментальных знаний в области гетерогенных фотокатализаторов видимого света и создаст основу для их практического использования, в том числе, для нужд водородной энергетики. Обоснованность достижимости решения поставленных задачи и подзадач исследования, а также возможности получения запланированных результатов обусловлено рядом факторов. Во-первых, коллектив Проекта имеет достаточный задел, позволяющий быть уверенным в реальности получения заявленных научных результатов. Во-вторых, члены научного коллектива имеют достаточную научную квалификацию, что подтверждается списком научных работ, а также большим количеством реализованных ими грантов. В-третьих, значительная часть Проекта будет реализовываться в научном парке СПбГУ. В этом объекте научной инфраструктуры мирового уровня собрана исследовательская аппаратура мирового уровня, позволяющая решать сформулированные в Проекте научные проблемы. Отдельно хочется отметить, что в научном парке СПбГУ созданы уникальные экспериментальные установки и разработаны уникальные, авторские исследовательские методики, использование которых позволяет быть уверенным в том, что полученные с их использованием научные результаты будут востребованы мировым научным сообществом и окажут влияние на развитие данной области науки.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Нащочин Е.О., Гончарова П.С., Штарев Д.С., Штарева А.В., Сюй А.В., Бакиев Т.В., Филимонов А.В. Strontium Bismuthate Sr3Bi2O6: Thermostimulated Change of Optical Properties and its Analysis from the Point of View of Urbach Rule 2019 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), P 293-295 (год публикации - 2019)
10.1109/EExPolytech.2019.8906869

2. Штарев Д.С., Рябчук В.К., Рудакова А.В., Штарева А.В., Молокеев М.С., Кириченко Е.А., Серпоне Н. Phenomenological Rule from Correlations of Conduction/Valence Band Energies and Bandgap Energies in Semiconductor Photocatalysts: Calcium Bismuthates versus Strontium Bismuthates ChemCatChem (год публикации - 2020)
10.1002/cctc.201902236

3. Штарев Д.С., Штарева А.В., Кеворкянц Р., Рудакова А.В., Молокеев М.С., Бакиев Т.В., Буланин К.М., Рябчук В.К., Серпоне Н. Materials Synthesis, Characterization and DFT Calculations of the Visible-Light-Active Perovskite-like Barium Bismuthate Ba1.264(4)Bi1.971(4)O4 Journal of Materials Chemistry C, Том 8, стр. 3509-3519 (год публикации - 2020)
10.1039/C9TC06457E

4. Штарев Д.С., Нащочин Е.О., Сюй А.В., Штарева А.В. Temperature evolution of the diffuse reflectance spectra of Sr3Bi2O6 strontium bismuthate Materials physics and mechanics, Том 43, №1, стр. 11-17 (год публикации - 2020)
10.18720/MPM.4312020_2

5. Д.С. Штарев, А.В. Штарева, А.В. Сюй, В.В. Лихтин Investigation of the Mechanism of Electric Conductivity of Strontium Bismuthate Sr6Bi2O11 Solid State Phenomena, Vol. 312, pp 32-37 (год публикации - 2020)
10.4028/www.scientific.net/SSP.312.32

6. Д.С. Штарев, Р. Кеворкянц, М.С. Молокеев, А.В. Штарева The effect of composition on optical and photocatalytic properties of visible light response materials Bi26-xMgxO40 Inorganic Chemistry, Vol. 59, Issue 12, p. 8173–8183 (год публикации - 2020)
10.1021/acs.inorgchem.0c00486

7. Штарев Д.С., Штарева А.В., Селиванов Н.И., Рябчук В.К., Рудакова А.В., Серпоне Н. Optical Properties of Various Strontium Bismuthates: Luminescence and UV-induced Photocoloration ChemPhotoChem, Vol. 4, Issue 10 (год публикации - 2020)
10.1002/cptc.202000128

8. Штарев Д.С., Штарева А.В., Кеворкянц Р., Сюй А.В. Synthesis, characterization, optoelectronic and photocatalytic properties of Sr2Bi2O5/SrCO3 and Sr3Bi2O6/SrCO3 heterostructures with varying SrCO3 content Chemosphere, Vol. 267, Article ID 129229 (год публикации - 2021)
10.1016/j.chemosphere.2020.129229

9. Д.С. Штарев, А.В. Штарева, Р. Кеворкянц, М.С. Молокеев, Н. Серпоне Revisiting the BaBiO3 semiconductor photocatalyst: Synthesis, characterization, electronic structure, and photocatalytic activity Photochemical & Photobiological Sciences, Vol. 20, P. 1147-1160 (год публикации - 2021)
10.1007/s43630-021-00086-y

10. Штарев Д.С., Серпоне Н. A new generation of visible-light-active photocatalysts—The alkaline earth metal bismuthates: Syntheses, compositions, structures, and properties Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Vol. 50, 2022 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jphotochemrev.2022.100501

Публикации