Синхротронные исследования и теоретическое моделирование перспективных материалов для энергетики

Синхротронные исследования и теоретическое моделирование перспективных материалов для энергетики

РФФИ_Китай

Дата начала работ по гранту: 13.01.2021
Дата окончания работ по гранту: 31.12.2022
Руководитель: Солдатов Михаил Александрович
Исполнители: Панкин Илья Андреевич / Горбань Иван Евгеньевич / Усольцев Олег Андреевич
Внешние исполнители: Тригуб А.Л.

Повышение эффективности процессов преобразования энергии является важнейшей задачей, решение которой поможет снизить загрязнение окружающей среды парниковыми газами и замедлить климатические изменения. В частности, повышение эффективности реакции фотоэлектрохимического восстановления CO2 является важнейшим направлением исследований для научного сообщества в последние годы. Основные проблемы в этой области - это низкая эффективность разделения носителей заряда, высокие перенапряжения, низкая селективность в отношении желаемых продуктов реакции и медленная кинетика многоэлектронного переноса. Проект нацелен на понимание фундаментальных закономерностей для создания эффективных и стабильных фотоэлектрокатализаторов восстановления CO2. Для этого будет разработана комбинированная методика на основе спектроскопии синхротронного излучения (in situ спектроскопия рентгеновского поглощения и operando синхротронной ИК-спектроскопии) и суперкомпьютерного теоретического моделирования с применением технологий искусственного интеллекта. На основе спектральных данных полученных в ходе в каталитической реакции, будет установлено изменение параметров электронной и атомной структуры (координационное число, длина связи и степень беспорядка) активных центров катализаторов и реакционноспособных компонентах на поверхности фотоэлектрода. Также будет исследована процессы адсорбции, формировании и десорбции молекул с поверхности фотоэлектрода в процессе каталитической реакции для детального понимания фундаментальных механизмов реакции восстановления CO2. В комбинации с ab initio вычислениями и комплексной интерпретацией данных на основе технологий искусственного интеллекта (AI), будут построены структурные модели активного центра фотоэлектрокатализаторов и пути реакции для восстановления CO2. Кроме того, будут протестирована методика синхротронной operando ИК-спектроскопии. На базе проведенного исследования будут разработаны стратегии создания высокоактивных фотоэлектрокатализаторов.


Публикации по направлению


Всего отобрано 3 публикаций с суммарным значением Impact-factor = 18.357

1. Mikhail A. Soldatov , Pavel V. Medvedev , Victor Roldugin , Ivan N. Novomlinskiy, Ilia Pankin , Hui Su , Qinghua Liu and Alexander V. Soldatov "Operando Photo-Electrochemical Catalysts Synchrotron Studies" nanomaterials 2022 12 839 (Impact-factor: 5.076 ) DOI: 10.3390/nano12050839  

2. Hui Zhang, Hui Su,* Mikhail A. Soldatov, Yuanli Li, Xu Zhao, Meihuan Liu, Wanlin Zhou, Xiuxiu Zhang, Xuan Sun, Yanzhi Xu, Peng Yao,* Shiqiang Wei, and Qinghua Liu* "Dynamic Co-Ru Bond Shrinkage at Atomically Dispersed Ru Sites for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction" Small 2021 2105231 (Impact-factor: 13.281 ) DOI: 10.1002/smll.202105231

3. Su, H.; Soldatov, M.A.; Roldugin, V.; Liu, Q. "Platinum single-atom catalyst with self-adjustable valence state for large-current-density acidic water oxidation." eScience 2021 DOI: 10.1016/j.esci.2021.12.007