ИСТИНА

Основная цель проекта - исследование процессов формирования фотокаталитических материалов на основе оксидов меди, поглощающих свет в видимом диапазоне и обеспечивающих успешную реализацию процесса фотоэлектрохимического разложения воды под воздействием солнечного излучения. Для достижения этой цели предполагается: - Синтезировать композитные наноматериалы на основе оксидов меди гидротермальным, гидротермально-микроволновым методами и методами электроосаждения и анодного окисления медной фольги, что должно позволить сформировать 'электроды фотоэлектрохимических ячеек, а также материалы для порошковых фотокаталитических систем. - Исследовать зависимость от условий синтеза: cостава, структуры и физико-химических свойств синтезированных образцов на основе оксидов меди. - Исследовать фотокаталитическую активность полученных наноматериалов в реакции фотоэлектрохимического разложения воды. В частности исследовать величины тока в электрохимических ячейках с электродами из полученных в разных условиях синтеза материалов на основе оксидов меди с целью выявления образцов с наиболее высокими электрохимическими характеристиками и фотокаталитической активностью в реакции фотоэлектрохимического разложения воды при облучении видимым светом. - Исследовать зависимость природы и концентрации сокатализаторов фотоиндуцированного выделения водорода на конечную фотокаталитическую активность фотоэлектродов. - Исследовать стабильность полученных электродов в растворах электролитов с разной концентраций. В частности предполагается исследовать степень деградации фотоэлектродов под воздействием излучения с нанесенным защитным слоем, состоящим из углеродных частиц. Таким образом, синтезированные в ходе выполнения данного проекта наноматериалы на основе оксидов меди будут исследованы на возможность применения в качестве как порошковых фотокаталитических систем, так и и электродов в процессах фотоэлектрохимического разложения воды, что будет сделано впервые.

Synthesis of composite copper oxides nanomaterials by "soft chemistry" methods for the sunlight induced photoelectrochemical splitting of water.

- Получение наноструктур на основе оксидов меди гидротермальной обработкой медной фольги в воде при различной температуре (120-250оС) и продолжительности; исследование состава, структуры и физико-химических свойств синтезированных образцов в зависимости от условий синтеза методами рентгено-фазового анализ (РФА) и растровой (РЭМ) электронной микроскопии. - - Получение стержней гидроксида меди (II) на подложке металлической меди окислением в растворе содержащем различные концентрации NaOH и (NH4)S2O8 при различном времени (5 мин - 2 ч) и температуре синтеза (5 - 60оС). Получение наночастиц оксидов меди термическим восстановлением окисленной медной фольги при температурах 200-500 оС и времени обработки 1-5ч. Исследование состава, структуры и физико-химических свойств синтезированных образцов в зависимости от условий синтеза методами рентгено-фазового анализ (РФА), растровой (РЭМ) электронной микроскопии. - Получение методом анодного окисления в 3М растворе NaOH в градиентных условиях (1.5-7 мА/см2) наноструктур оксидов меди с различной толщиной, исследование состава, структуры и физико-химических свойств синтезированных образцов методами рентгено-фазового анализ (РФА), растровой (РЭМ) электронной микроскопии.

Были исследованы фотокаталитические свойства нанопорошков диоксида титана и оксида цинка, синтезированных гидротермальным и гидротермально-микроволновым методами. Выявлена связь между фотокаталитической активностью синтезированных нанообразцов и их текстурными свойствами, временем жизни экситонов, шириной запрещенной зоны.

- Методом химического окисления медной фольги в водном растворе NaOH и (NH4)2S2O8 и последующим термическим восстановлением окисленного образца были получены пленки, состоящие из коралловидных структур оксида меди (I) и их агломератов на поверхности металлической меди. В результате окисления металлической меди на ее поверхности получены наностержни Cu(OH)2 и их агломераты. Дальнейшей термической обработкой в инертной атмосфере окисленных образцов получены структуры Cu2O на поверхности меди. Изучено влияние термической обработки (400 - 600 °С) на структуру образующихся частиц. Установлено, что оптимальная температура термического восстановления образца составляет 500 °С. - Было осуществлено получение наностержней СuO гидротермальным методом из СuSO4*5H2O, NaOH и цитрата натрия (C6H5O7Na3*2H2O). Суть синтеза заключалась в образовании нанонитей Сu(OH)2 и их постепенной дегидратации и трансформации сначала в лепестки, а затем в стержни CuO. Было изучено влияние температуры (120 - 250 °С) и времени синтеза (от 1 до 24 ч) на морфологию образующихся наночастиц. Установлено, что оптимальная температура образования наностержней оксида меди составляет 160 °С, а время синтеза – 12 ч. Полученные наностержни CuO имели длину 100 - 200 нм и диаметр 30 - 40 нм . Полученные наностержни имеют малую длину и, как следствие, низкое отношение длины стержня к его диаметру. Определенное достоинство – в отсутствии в образце посторонних фаз. - Осуществлен рост наностержней оксида меди на медной фольге методом термического окисления в диапазоне температур от 400 до 600оС. По данным РЭМ, размер наностержней оксида меди, синтезированных при 500оС (оптимальная температура синтеза) составил 1-10 микрон в длину и диаметром от 50 до 100 нм. По данным РФА, оксидная пленка на поверхности окисленной медной фольги представляет собой смесь двух оксидов меди (I) и (II). Для уточнения фазового состава наностержней оксида меди необходимо провести измерения электронной дифракции для индивидуального наностержня. - Методом термического роста кристаллов из солевых матриц была изучена возможность образования наностержней оксида меди. получен порошок черного цвета, который характерен для оксида меди (II). По результатам просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), можно сделать вывод, что в данных условиях синтеза формирование наностержней не происходит (в отличие от оксида цинка). Размер частиц составляет 50-100 нм. Частицы имеют неправильную форму: палочкообразные частицы с небольшим соотношением длины к диаметру. Кристаллический характер синтезированных порошков подтверждает точечная электронная дифракция, полученная с синтезированных наночастиц.