Сотрудниками кафедры фотоники и Лаборатории «Фотоактивные нанокомпозитные материалы»под руководством профессора кафедры фотоники Алексея Владимировича Емелина реализуется проект «Новые фотоактивные наноматериалы для интегрированных экологических и энергетических применений» в рамках Соглашения с Министерством науки и высшего образования Российской Федерации от «17» октября 2022 г. № 075-15-2022-1223. Данный проект является частью международного проекта, ставшего победителем в конкурсе 5th BRICS STI Framework Programme Call. Иностранными партнерами являются Федеральный университет Уберландии (Бразилия) и Северокитайский университет электроэнергетики (Китай).
Целью проекта является разработка инновационных интегрированных систем, совмещающих очистку окружающей среды от загрязняющих веществ и производство возобновляемой энергии (химического топлива) в результате фотохимического преобразования солнечной энергии с помощью целенаправленно созданных новых высокоэффективных фотокатализаторов.
Первый этап реализации проекта предусматривает реализацию контролируемого синтеза новых гетероструктурных и нанокомпозитных фотоактивных материалов с оптимизированным положением энергетических уровней и зон и значениями величины запрещенной зоны, а также формирование гетеропереходов заданного типа регулированием состава и морфологии материалов и их поверхностей и совмещения фотоактивных материалов с со-катализаторами.
В 2022 году, соответствующему первому этапу выполнения проекта, решались следующие задачи:
1) Проведение анализа технологий фотоактивных наноматериалов для интегрированных экологических и энергетических применений.
2) Проведение патентных исследований.
3) Синтез фотоактивных материалов, таких как оксиды металлов, BiVO4, CuBi2O4, TiO2, ZnO, графитоподобный нитрид углерода g-C3N4, цеолитоподобные металл-органические каркасные структуры типа ZIF-62 (на основе Zn, Co, Ni), ZIF-67 (на основе Zn, Co, Ni), ZIF-8 (на основе Zn, Ni, Fe), металл-органическая каркасная структура типа UIO-66(Zr) и металл-органическая каркасная структура типа HKUST(Cu).
Результаты анализа технологий подтверждают правильность и перспективность выбранного направления работ по проекту, заключающееся в создании гетероструктур и тандемных элементов на основе фотоактивных материалов, позволяющих эффективно проводить процессы окисления, направленные на решение экологических проблем, и процессы восстановления, направленные на образование высокоэнергетических продуктов реакций, что позволяет создать интегрированные системы для экологических и энергетических применений.
Результаты патентного поиска указывают на новизну и перспективность предлагаемых к реализации в проекте интегрированных систем для экологических и энергетических применений.
В результате проведенных исследований созданы и реализованы методики синтеза целевых фотоактивных материалов для их дальнейших исследований, как рабочих материалов интегрированных систем. Проведенная рентгеноструктурная характеризация подтвердила успешность проведения синтеза всех целевых фотоактивных материалов.
Аналогичные работы по синтезу и тестированию других фотоактивных материалов были выполнены иностранными партнерами.
Результаты проведенного анализа технологий фотоактивных наноматериалов и патентного поиска позволяют заключить, что полученные на данном этапе экспериментальные результаты соответствуют передовому мировому уровню и позволяют ожидать достижения основной цели проекта по реализации интегрированных систем преобразования солнечной энергии для экологических и энергетических применений.
