Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На первом этапе выполнения проекта был выполнен детальный анализ различных известных из литературы подходов при синтезе иерархически построенных фототермических катализаторов гидрогенизации молекул CO_2. Результаты этого анализа частично изложены во введении статьи [Nature-Inspired Nanoarray Catalyst toward Balanced Heat and Mass Transport in Photothermal Catalysis, 2025, ACS nano, 19, 19, 18674-18685] и в одном из разделов статьи [Strategies for the synthesis of open vase-like microcapsule ordered arrays with transition metal oxyhydroxide walls and their possible practical applications, 2025, Nanoscale, 17, 41, 23883-23895], опубликованных нами совместно с соисполнителями настоящего проекта из КНР в течение прошедшего 2025 года. Сделанный анализ частично определил дальнейшие направления экспериментальной работы. В частности, было отмечено, что для создания высокоэффективных катализаторов, наряду с другими условиями, необходимо достичь такой их морфологии, при которой свет, с одной стороны, будет многократно и наиболее эффективно взаимодействовать с активными центрами катализатора, а, с другой – будет обеспечена оптимизация теплоотвода и уменьшение рассеивания тепла. С учетом этой стратегии в течение отчетного периода были выполнены поисковые работы по определению условий синтеза гидратированных оксидов и силикатов (алюминатов) никеля и кобальта, имеющих морфологию 2D нанолистов, микрокапсул и микротрубок. Для того, чтобы синтезировать силикаты никеля и кобальта с морфологией микротрубок был предложен новый подход, основанный на гидролизе связей Si-F в водном растворе в смеси соли Na_2Si_F_6 с одной из солей никеля или кобальта. Впервые было показано, что в результате таких реакций на конечной стадии процесса образуются микротрубки с морфологией микросвитков силикатов кобальта или никеля диаметром 20-50 мкм и длиной до 1 мм. Изучение морфологии стенок таких микротрубок позволило построить модельные представления о последовательности химических реакций на различных стадиях такого процесса. Не вызывает сомнения, что данный предложенный и экспериментально обоснованный подход при синтезе подобных микротрубок может быть рекомендован для проведения поисковых исследований наиболее эффективных фототермокатализаторов. Уверенность в этом основана на том, что при фототермическом катализе требуется сравнительно высокая удельная поверхность и наличие специальных полостей в структуре самого катализатора в которых может наблюдаться эффект многократного отражения и поглощения солнечного света. Очевидно, что в качестве таких полостей может вступать внутреннее пространство микротрубок. Внутреннее пространство существует и у микрочастиц другого типа, а именно, микрокапсул со стенками из оксидов или силикатов никеля и кобальта, часть из которых была синтезирована нами впервые в ходе выполнения данного этапа выполнения проекта. Сам способ синтеза таких микрокапсул был предложен нами ранее на примере синтеза микрокапсул со стенками из двойного оксигидроксида железа и никеля, оксида марганца(III), гидроксида меди и оксида церия(IV). Способ основан на реакциях быстрого гидролиза, которые протекают в микрокаплях растворов соответствующих солей металлов при распылении их с помощью ультразвукового небулайзера на поверхность щелочного раствора. В этих условиях распыляемые микрокапли при попадании на поверхность щелочного раствора выполняют функцию своеобразных матриц-темплатов, вокруг которых формируются слои труднорастворимых соединений с морфологией микрокапсул, напоминающей форму микрокапли. В течение отчетного периода были найдены оптимальные условия получения таких микрокапсул со стенками из NiO_x·nH_2O, Co_3O_4·nH_2O и M_xSiO_3·nH_2O (M = Ni, Co). Состав, тип кристаллической структуры и морфология таких микрокапсул были охарактеризованы соответствующими физическими методами и показано, что размеры таких микрокапсул составляют от 0,5 до 10 мкм, толщина стенок находится на уровне 100 нм и все микрокапсулы имеют по одному отверстию размером примерно равным их радиусу. Важно, что при прогревах на воздухе до температур 600°С размеры микрокапсул существенно не изменяются, но размеры пор в их стенках несколько возрастают. Проведенные эксперименты показали, что поверхность данных микротрубок и микрокапсул может быть модифицирована по методике ионного наслаивания нанослоями гидратированных оксидов кобальта и никеля, а также наночастицами ряда благородных металлов включая серебро, рутений и платину. Данные результаты, несомненно, открывают новые возможности создания высокоэффективных фототермических катализаторов гидрогенизации оксида углерода и в дальнейшем в соответствии с утвержденным планом предполагается в совместной работе с коллегами из КНР выполнить такие эксперименты. В течение отчетного периода часть результатов из данного отчета была процитирована в следующих СМИ: Пресс-релиз РНФ: “Ученые обосновали новую методологию синтеза ваза-подобных микрокапсул”. (https://www.rscf.ru/news/release/uchenye-obosnovali-novuyu-metodologiyu-sinteza-vaza-podobnykh-mikrokapsul/); Индикатор: “Обоснована новая методология синтеза ваза-подобных микрокапсул”. (https://indicator.ru/chemistry-and-materials/obosnovana-novaya-metodologiya-sinteza-vaza-podobnykh-mikrokapsul-01-11-2025.htm); inScience: “Ученые обосновали новую методологию синтеза ваза-подобных микрокапсул”. (https://inscience.news/ru/article/russian-science/uchenye-obosnovali-novuyu-metodologiyu-sinteza); Сайт СПбГУ: “Ученые СПбГУ объяснили новую методологию синтеза вазоподобных микрокапсул”. (https://spbu.ru/news-events/novosti/uchenye-spbgu-obyasnili-novuyu-metodologiyu-sinteza-vazopodobnykh-mikrokapsul); Научная Россия: “Ученые объяснили новую методологию синтеза вазоподобных микрокапсул”. (https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-obasnili-novuu-metodologiu-sinteza-vazopodobnyh-mikrokapsul); @Наука: “Создан универсальный метод синтеза микрокапсул”. (https://science.mail.ru/news/38948-otkryitie-na-poverhnosti-kapli/}; Комитет по науке и высшей школе Санкт-Петербурга: “Ученые СПбГУ объяснили новую методологию синтеза вазоподобных микрокапсул”. (http://knvsh.gov.spb.ru/news/view/8319/); ММ-машины и механизмы: “Ученые СПбГУ объяснили новую методологию синтеза вазоподобных микрокапсул”. (https://21mm.ru/news/nauka/uchenye-spbgu-obyasnili-novuyu-metodologiyu-sinteza-vazopodobnykh-mikrokapsul/); Коммерсантъ: “Открытие на поверхности капли. Создан универсальный метод синтеза микрокапсул”. (https://www.kommersant.ru/doc/8159224).