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 22-23-00662

НазваниеМембраны для молекулярной фильтрации и мембранного электрокатализа на основе восстановленного оксида графена

Руководитель Чернова Екатерина Александровна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова Восстановленный оксид графена, мембранные материалы, газоразделение, молекулярно-ситовой механизм транспорта, капиллярная конденсация, мембранные редокс-процессы

Код ГРНТИ31.00.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на разработку и исследование структурных и функциональных характеристик мембран на основе электрохимически восстановленного оксида графена, а также композиционных мембран на основе восстановленного оксида графена для применения в качестве мембранных материалов в процессах мембранного разделения и мембранного электрокатализа. Актуальность данного исследования связана с увеличивающейся востребованностью мембранных материалов в различных технологических процессах и рекордными характеристиками новых 2D-мембран на основе графена и оксида графена в процессах разделения газовых смесей и жидкостной фильтрации. Предлагаемый подход восстановления оксида графена для формирования селективных слоев основывается на возможности простого и технологичного нанесения плотных селективных покрытий оксида графена толщиной в 5-100 нм на традиционные пористые носители и возможностью реализации высокоселективных механизмов диффузии (молекулярно-ситового механизма и капиллярной конденсации) в селективном слое для графитоподобных фаз. Предполагается, что использование электрохимических подходов позволит сформировать мембраны, обладающие низкой дефектностью (и, следовательно, низкой паразитной проницаемостью), а также контролируемой степенью окисления (соотношение С/О) селективных слоев. Кроме того, использование оксида графена в качестве прекурсора позволит контролировать размер “окон” в графеновых листах и архитектуру пор селективных слоев, таким образом, контролируя максимальный размер пропускаемых молекул. При этом, проводимость восстановленного оксида графена позволит реализовать контроль проницаемости мембран за счет приложенного потенциала. В качестве подложек для формирования пленок восстановленного оксида графена будут использованы мембраны анодного оксида алюминия с диаметром каналов 40-120 нм, с предварительно напыленным слоем золота/платины для создания электрического контакта селективного слоя. Для формирования мембран восстановленного оксида графена будут использованы подходы циклического электрофоретического осаждения/восстановления и электрохимического восстановления предварительно сформированных газоплотных мембран оксида графена в потенциодинамическом и потенциостатическом режимах. В качестве прекурсоров для нанесения пленок будут использованы коллоидные растворы нанолистов оксида графена различного размера с различной степенью окисления (соотношение С/О) нанослоев. Электрохимическое восстановление будет осуществляться при варьируемых значениях рН, ионной силе электролита и скорости развертки потенциала. Будет проведено сравнение мембран, формируемых электрохимическими методами с мембранами, формируемыми с использованием традиционных подходов термического и химического восстановления. Для снижения дефектности селективных нанослоев также будут использованы подходы соосаждения оксида графена с проводящими полимерами (полипирролом и его производными), осаждаемыми в области отрицательных потенциалов относительно Ag/AgCl. Для изучения микроструктуры пленок будут использованы методы сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии тонких срезов (подготовленных с использованием ФИП-литографии). Химический состав и электронная структура покрытий будут установлены с использованием спектроскопии энергетических потерь электронов, энергодисперсионной просвечивающей электронной микроскопии, оптической, ИК-, и КР-спектроскопии, а также рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Ключевые функциональные свойства мембран (проницаемость и селективность) будут исследованы в процессах течения индивидуальных газов и газоразделения технологически важных модельных смесей (H2O/N2, H2/CO2, He/CH4, CH4/C4H10). Также предполагается изучение процессов межфазного выделения компонентов на мембране в системах газ/жидкость в зависимости от степени окисления селективных слоев мембраны (с использование предобработки в потенциостатических режимах) и тестирование элекрокаталитических мембранных процессов (мембранного выделения водорода, электрокаталитического окисления и восстановления органических производных – HER, ORR, CO2RR). Предполагается, что успешная реализация настоящего проекта позволит разработать простой и технологичный электрохимический метод формирования селективных слоев на основе восстановленного оксида графена, обеспечить возможность высокоселективного газоразделения с реализацией молекулярно-ситового механизма и механизма капиллярной конденсации на данных мембранах, определить ключевые корреляции газотранспортных характеристик мембран с различной степенью окисления нанослоев и степенью дефектности нанолистов, а также установить применимость данных мембран в технологически важных процессах газоразделения. Кроме того, предполагается, что проводимость и рекордная проницаемость мембран на основе восстановленного оксида графена позволит предложить эффективные решения для реализации мембранных редокс-процессов в системах газ/жидкость.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---