Сотрудники сектора
- Лисаченко Андрей Андреевич, заведующий сектором
Область научных интересов
Сотрудники сектора исследуют цепь фотоактивированных процессов на границе раздела газ—твёрдое тело (металл, диэлектрик или полупроводник), которые начинаются с поглощения фотона твёрдым телом, а заканчиваются реакциями в газовой фазе.
В исследуемой гетерогенной системе можно выделить три фазы: твёрдое тело, поверхность со связанными с ней (адсорбированными) молекулами и свободные молекулы в газовой фазе. Энергия фотовозбуждения электронной подсистемы твёрдого тела передается адсорбированным молекулам, что вызывает перестройку имеющихся и образование новых химических связей на поверхности. Это может приводить к фотодесорбции молекул с поверхности в газовую фазу, фотоадсорбции молекул из газовой фазы на поверхность или к образованию на поверхности новых молекул, т. е. к фотореакции.
Фотоадсорбция и фотодесорбция впервые были обнаружены академиком А. Н. Терениным, основателем кафедры фотоники, который предложил использовать их для определения потенциалов взаимодействия молекул с поверхностью и разработал на этой основе новый оригинальный метод изучения адсорбированных молекул — фотоактивационную спектроскопию. В отличие от «пассивной», неразрушающей, оптической спектроскопии фотоактивационная спектроскопия деструктивна и приводит к изменению состояния исследуемой системы. Именно это позволяет преобразовывать энергию световых квантов в энергию химических продуктов.
Для изучения взаимосвязи фотофизических процессов с образованием новых молекул на фотоактивированной поверхности А. Н. Теренин создал в Ленинградском университете первую в мире лабораторию фотокатализа.
Эти направления развиваются в настоящее время сотрудниками сектора.
- Фотоактивационная спектроскопия или спектроскопия активного воздействия. Благодаря разработке уникальных экспериментальных методик мы можем проследить все стадии многостадийного процесса: поглощение фотона твёрдым телом, возбуждение электронной подсистемы, различные каналы дезактивации возбуждения, из которых наибольший интерес представляет «химический», т. е. передача возбуждения адсорбированной молекуле. Далее следуют различные реакции возбужденных молекул и радикалов в адсорбированной фазе, которые заканчиваются выделением конечных продуктов в газовую фазу.
Направить реакцию по нужному маршруту для получения желаемых продуктов с минимальными затратами световой энергии, отсутствием побочных нежелательных продуктов — это и есть цель фотокаталитических исследований. В качестве успешного решения такой задачи можно привести впервые проведенную совместно с группой Л.Л.Басова экологически важную фотокаталитическую реакцию NO + CO + hν → CO2 + ½N2 на фотокатализаторе TiO2-x—TiO2.
Разработка нами «самосенсибилизированного» фотокатализатора на основе 2D-наноструктуры TiO2-x—TiO2 стала принципиально важным достижением. Это позволило проводить реакцию не только при облучении в УФ-области, на которую приходится всего 3% солнечной энергии, (область активности «классического» TiO2), но и в видимой области, на которую приходится более 40% солнечного света.
Эта работа получила вторую премию на конкурсе лучших работ физического факультета в 2010 г., была поддержана грантами INTAS, Федерального агенства по науке и инновациям, Российского Фонда Фундаментальных Исследований.
Другая ветвь экологических исследований — изучение реакций малых примесей газовых молекул (NxOy, CO, CH4, O3), фотоактивируемых аэрозолями, на формирование состава верхних слоев атмосферы. - Неразрывно связанное с фотокатализом направление — формирование заданных свойств (электрофизических, оптических, люминесцентных, фотокаталитических) наноструктур с помощью фотоактивированных молекулярных процессов на поверхности. В этом цикле можно отметить работы по управлению спектром фотолюминесценции наноструктур пористого кремния (por-Si), высокотемпературной сверхпроводимостью ВТСП-купратов, регулированием содержания анионных вакансий в сверхчистых монокристаллах сапфиров (Al203 ).
Большой цикл работ выполнен по программе стабилизации свойств отражающих покрытий космических аппаратов, работающих в условиях интенсивного солнечного облучения. В настоящее время интерес к этим работам возрождается. - Сотрудниками группы впервые предложен метод, положивший начало «Времяпролетной спектроскопии» первичных продуктов (молекул, атомов, радикалов) фотодесорбции. В настоящее время этот метод получил распространение во всем мире. Десорбция возбуждается короткими импульсами лазера, и анализируются состав первичных продуктов десорбции и их распределения по степеням свободы — кинетической, поступательной, вращательной. Это позволяет построить потенциалы взаимодействия возбужденных состояний.
Отметим, что все исследования проводятся на экспериментальных установках, которые созданы и непрерывно модернизируются сотрудниками сектора. Наличие уникальных экспериментальных установок и методик и высококвалифицированных специалистов привлекает иностранных коллег. Студенты с младших курсов включаются в реальные экспериментальные исследования, что всегда отличало школу А.Н. Теренина. Это позволяет нашим выпускникам уверенно лидировать в научных исследованиях в ведущих центрах Европы и США. Мы успешно сотрудничаем с коллегами из Франции, Италии, США и др.
Для начального знакомства с тематикой работы группы рекомендуем публикации:
- Andrei A. Lisachenko. Photon-driven electron and atomic processes on solid-state surface in photoactivated spectroscopy and photocatalysis. // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, (2008), v.196, pp. 127—137.
- Ruslan V. Mikhaylov, Andrei A. Lisachenko, Boris N. Shelimov, Vladimir B. Kazansky, Gianmario Martra, Gabriele Alberto and Salvatore Coluccia. FTIR and TPD Analysis of Surface Species on a TiO2 Photocatalyst Exposed to NO, CO, and NO−CO Mixtures: Effect of UV−Vis Light Irradiation. J. Phys. Chem. C, Vol.113, No 47, 2009, 20381-20387.
- V. Kuznetsov, N. Serpone. Journal of Physical Chemistry C. 2009. V. 113, N. 34, P. 15110 0 15123 On the origin of the spectral bands in the visible absorption spectra of visible-light-active TiO2 specimens. Analysis and assignments.