Разработка методов повышения фотокаталитической активности одномерных фотонных кристаллов на основе оксида титана

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 22-23-20193

НазваниеРазработка методов повышения фотокаталитической активности одномерных фотонных кристаллов на основе оксида титана

Руководитель Саполетова Нина Александровна, Кандидат химических наук

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

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

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

Ключевые слова Анодный оксид титана, фотокаталитическая активность, анатаз, модификация, допирование, отжиг, анодирование, титан, фотонный кристалл, фотонная запрещенная зона, эффект медленного света, пористая структура

Код ГРНТИ31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
За последние 10 лет количество публикуемых научных статей, посвящённых теме фотокатализа, увеличилось более чем в 4 раза и превысило значение 7000 статей/год; из них значительную часть составляют работы, посвящённые исследованию материалов на основе диоксида титана. Ориентированные массивы нанотрубок анодного оксида титана зарекомендовали себя в качестве эффективных фотокатализаторов для окисления различных органических веществ. Дальнейшему повышению эффективности фотокатализаторов на основе оксида титана препятствуют: рекомбинация фотосгенерированных носителей заряда (электронов и дырок) и низкая эффективность использования солнечного света из-за широкой запрещённой зоны полупроводника (3,0-3,2 эВ). Одним из перспективных подходов к решению этих проблем является создание фотонно-кристаллических структур из анодного оксида титана, которые характеризуются периодическим изменением показателя преломления (в данном случае пористости) вдоль длинной оси нанотрубок на масштабах, сопоставимых с длиной волны света. Увеличение фотокаталитической активности таких систем связано с эффектом «медленных фотонов», приводящим к более сильному поглощению света и, соответственно, большему количеству генерируемых электронно-дырочных пар. Альтернативными методами повышения фотокаталитической активности TiO2 являются: допирование неметаллами и декорирование наночастицами благородных металлов. Проект направлен на разработку воспроизводимого метода получения высокоэффективных фотокатализаторов окисления органических соединений для видимого диапазона спектра. Разрабатываемые материалы будут получены на основе одномерных фотонных кристаллов из закристаллизованного анодного оксида титана, модифицированного при помощи допирования азотом, самодопирования или декорирования наночастицами золота. Высокая фотокаталитическая активность будет достигнута за счёт комбинации эффекта «медленного света», наблюдаемого в фотонно-кристаллических структурах, с эффектами допирования, плазмонного резонанса и образования барьера Шоттки. В связи с новизной электрохимического подхода к получению одномерных фотонных кристаллов на основе анодного оксида титана, пока в литературе исследование их фотокаталитических свойств описано лишь в единичных работах. В ходе выполнения проекта впервые будут получены одномерные фотонные кристаллы на основе анодного оксида титана, допированного азотом. Существенной новизной будет обладать систематические данные о влиянии оптических свойств (положение фотонной запрещённой зоны) фотонных кристаллов на основе модифицированного TiO2 на их фотокаталитическую активность. Область практического применения разрабатываемых материалов не ограничивается фотокатализом, они могут использоваться в качестве фотоанодов в солнечных элементах, а также подложек для создания высокочувствительных сенсоров, основанных на регистрации сигнала гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) от анализируемых веществ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Ульянов А.Н., Валеев Р.Г., Бойцова О.В., Росляков И.В., Напольский К.С. Effect of post-treatment on photocatalytic activity of anodic titania photonic crystals Optical Materials, 144 114350 (год публикации - 2023)
10.1016/j.optmat.2023.114350

2. Белокозенко М.А., Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Напольский К.С. Влияние положения фотонной запрещенной зоны на фотокаталитическую активность фотонных кристаллов из анодного оксида титана Журнал неорганической химии (год публикации - 2024)

3. Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Черепанова Ю.М., Белокозенко М.А., Напольский К.С. Фотонные кристаллы на основе анодного оксида титана: контролируемый синтез и фотокаталитические свойства Сборник материалов VIII Всероссийской конференции по наноматериалам "НАНО 2023", стр. 204-205 (год публикации - 2023)

4. Черепанова Ю.М., Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Росляков И.В., Напольский К.С. Получение фотонных кристаллов на основе анодного оксида титана с заданным спектральным положением фотонной запрещённой зоны Материалы XXII Всероссийской школы-конференции «Актуальные проблемы неорганической химии: энергия+», стр. 112-113 (год публикации - 2023)

5. Черепанова Ю.М., Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Напольский К.С. Получение фотонных кристаллов на основе анодного оксида титана с заданным спектральным положением фотонной запрещённой зоны Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023», секция «Фундаментальное материаловедение и наноматериалы», 72 (год публикации - 2023)

6. Черепанова Ю.М., Саполетова Н.А., Кушнир С.Е. Получение одномерных фотонных кристаллов на основе анодного оксида титана с высокими коэффициентами добротности XXI Всероссийская конференция молодых ученых "Актуальные проблемы неорганической химии: синхротронные и нейтронные методы в химии современных материалов". Сборник тезисов., стр. 119-120 (год публикации - 2022)

7. Черепанова Ю.М., Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Росляков И.В., Напольский К.С. A new approach to the synthesis of anodic titania photonic crystals with desired position and high reflectance of photonic band gaps Optical Materials, 146 114534 (год публикации - 2023)
10.1016/j.optmat.2023.114534

Публикации