ИСТИНА

Проект направлен на разработку новых физико-химических и технологических подходов для создания высокоактивных, селективных и стабильных фотоэлектрокаталитических структур на основе массивов нанотрубчатого анодного оксида титана (НТАОТ) и наноструктур оксида меди переменного состава (CuxO) для энергоэффективных процессов восстановления углекислого газа до энергоемких углеводородных соединений.

Currently, the most promising methods of CO2 recovery, in terms of energy efficiency, are the methods of photocatalytic, photoelectrochemical and electrochemical recovery. In most cases, a number of organic C1 compounds are obtained: CO, CH4, CH3OH, HCHO, HCOOH. However, compounds with two carbon atoms (C2) are more energy-efficient and it is advisable to increase the selectivity of the formation of more energy-intensive C2 compounds: C2H5OH, C2H4, CH3COOH, C2H6. To solve the above problems in the framework of this project it is proposed to develop physico-chemical and technological bases for the creation of composite nanostructures based on the arrays nanostructure anodic titanium oxide (NTOT) and nanostructures of copper oxide of variable composition (CuxO). This assumes the receipt of scientifically synergistic effect when used photoelectrocatalytic data structures to design efficient recovery processes of carbon dioxide to energy-intensive hydrocarbon compounds consisting in possibility of restriction of recombination by controlling the geometric parameters of nanostructures and more efficient charge separation due to the formation of p-n junction and to increase photoactivity data structures in the visible light range and lock photocorrosion, has been studied copper oxide. A detailed study of the structural, optical, electrophysical, paramagnetic and photocatalytic properties of the obtained samples, the ability to diagnose radicals and control their main parameters using all modern features of the electronic paramagnetic resonance method and the authors ' own developments, including the determination of the position of radical levels in the forbidden zone of semiconductors and the value of the forbidden zone itself, as well as the development of a model of photoelectronic processes in titanium oxide nanotubes using the EPR method, based on photoinduced rearrangements in the radical system and comparison of experimental results and conclusions of the model will significantly expand the current understanding of the properties of nanoobjects and will be important for applications in the field of ecology. In General, this interdisciplinary approach will be applied for the first time.

1) Воспроизводимые технологические приемы формирования композитов НТАОТ/CuxO. 2) Закономерности влияния технологических параметров формирования композитов НТАОТ/CuxO на их геометрические параметры (длина и диаметры нанотрубок TiO2, размер и распределение наночастиц CuxO по поверхности НТАОТ). 3) Закономерности влияния состава и структуры композитов НТАОТ/CuxO на оптические и электрофизические свойства. 4) Выявление природы радикалов в композитах НТАОТ/CuxO , определение их основных характеристик и изучение особенностей реакций перезарядки радикалов в исследуемых структурах. 5) Модель фотоэлектронных процессов в композитах НТАОТ/CuxO. 6) Выявление особенностей механизма фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 с использованием композита НТАОТ/CuxO. 7) Модель, описывающая транспорт носителей заряда в композитах НТАОТ/CuxO. 8) Лимитирующие стадии процесса фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 с использованием композита НТАОТ/CuxO. 9) Сформулированные физико-химические принципы и технологические подходы к повышению эффективности и селективности фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2. 10) Выявление роли радикалов в процессах фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 на поверхности созданных фотокатализаторов. 11) Прототипы проточных реакторов с оптимизированными параметрами для фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 на основе композита НТАОТ/CuxO с учётом полученных многофакторных зависимостей и разработанных методов и подходов.

Разработаны принципы управления электрофизическими и геометрическими параметрами пористых анодных оксидов алюминия и титана, за счет установления взаимосвязей свойств получаемых наноструктур с технологическими параметрами процесса формирования. В рамках данного исследования были проведены исследования формирования пористых/нанотрубчатых оксидов Al и Ti в гальваностатическом и потенциостатическом режиме анодирования. Изучено влияние параметров процесса анодирования на геометрические параметры пористого диоксида титана для оптимизации и повышения эффективности солнечных элементов со сверхтонким поглощающим слоем (СЭСПС). Во время расчетов были получены оптимальные геометрические параметры слоя. Для этого исследования были оптимизированы такие параметры, как плотность анодного тока, состав электролита и температура, а также время процесса анодного окисления. Используя оптимизированный слой фотоэлектрода TiO2 с толщиной пористого слоя 3,6 мкм и диаметром пор более 80 нм, эффективность СЭСПС повышена в 3 раза по сравнению с не наноструктурированным фотоэлектродом на основе TiO2.

1) Воспроизводимые технологические приемы формирования композитов НТАОТ/CuxO. 2) Закономерности влияния технологических параметров формирования композитов НТАОТ/CuxO на их геометрические параметры (длина и диаметры нанотрубок TiO2, размер и распределение наночастиц CuxO по поверхности НТАОТ). 3) Закономерности влияния состава и структуры композитов НТАОТ/CuxO на оптические и электрофизические свойства. 4) Выявление природы радикалов в композитах НТАОТ/CuxO , определение их основных характеристик и изучение особенностей реакций перезарядки радикалов в исследуемых структурах. 5) Модель фотоэлектронных процессов в композитах НТАОТ/CuxO. 6) Выявление особенностей механизма фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 с использованием композита НТАОТ/CuxO. 7) Модель, описывающая транспорт носителей заряда в композитах НТАОТ/CuxO. 8) Лимитирующие стадии процесса фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 с использованием композита НТАОТ/CuxO. 9) Сформулированные физико-химические принципы и технологические подходы к повышению эффективности и селективности фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2. 10) Выявление роли радикалов в процессах фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 на поверхности созданных фотокатализаторов. 11) Прототипы проточных реакторов с оптимизированными параметрами для фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического восстановления СО2 на основе композита НТАОТ/CuxO с учётом полученных многофакторных зависимостей и разработанных методов и подходов.