Нурбекова М.А

• • +1 Фото

  • Тема: «Исследование электрокаталитических свойств композитов и нанокомпозитов в производстве водорода»

    Цель проекта:
    Синтез перовскит-структурированных ферритов и манганитов (LMO, LFO), обладающих электрокаталитическими свойствами и предназначенных для применения в процессах электролиза воды, а также нанокомпозитов на основе графена.

    Задачи проекта

    Цель проекта достигается посредством решения следующих задач:

    • Проведение анализа и обзора работ отечественных и зарубежных ученых, посвящённых электрокаталитическим перовскитным структурам на основе экономически эффективных лантаноидов — наноманганитов, наноферритов и оксида графена (GO), применяемых в процессах водного электролиза;
    • Синтез наноманганитов или наноферритов состава
      ABO₃ (LMO или LFO), где A = LaₓA₁₋ₓ (Sm, Ce), B = Mn, Fe, x = 0,1–0,9,
      различными методами и определение наиболее эффективного способа синтеза.

    Способ реализации:
    Поскольку точность состава и чистота перовскитоподобных манганит-ферритов напрямую зависят от метода синтеза, нанокомпозиты LMO и LFO будут получены несколькими методами (золь-гель метод, твердофазный синтез и др.).

    • Проведение морфологического анализа полученных перовскитных манганитов и ферритов.

    Способ реализации:

    После синтеза будут проведены фазовый рентгенодифракционный анализ (XRD), сканирующая электронная микроскопия с полевой эмиссией (FE-SEM), а также инфракрасная спектроскопия (FTIR) для подтверждения морфологии, состава и размерных характеристик синтезированных наноманганитов и наноферритов перовскитного типа.

    • Синтез оксида графена (GO) и осаждение на него перовскит-структурированных наноманганитов или наноферритов для получения сложного оксидного нанокомпозита структуры LMO/GO или LFO/GO.

    Способ реализации:

    Оксид графена синтезируется модифицированным методом Хаммера, а наноперовскит-графеновый композит (PNG) структуры LMO/GO или LFO/GO — гидротермальным методом (HT).

    • Исследование электрокаталитической активности полученных нанокомпозитов LMO или LFO/GO в процессе электролиза воды.

    Способ реализации:

    Электрокаталитическая активность нанокомпозитов LMO или LFO/GO будет исследована с использованием электрохимических методов: линейной вольтамперометрии (LSV), электрохимической импедансной спектроскопии (EIS), циклической вольтамперометрии (CV), анализа Тафеля. Будет проведён анализ реакций выделения водорода (HER) и кислорода (OER).

     

    Соответствие стратегическим документам

    Проект разработан в соответствии с 4-м направлением («Экология будущего») национального проекта «Жасыл Қазақстан» (Постановление Правительства Республики Казахстан №731 от 12 октября 2021 года), а также соответствует долгосрочным приоритетам Стратегии развития Республики Казахстан до 2050 года и задачам Национального плана развития в части обеспечения качественного образования.

     

    Возможности применения и коммерциализации

    Полученные научные результаты могут быть использованы для создания новых каталитических продуктов и разработки современных технологических решений. Результаты исследования обладают инновационным характером и в дальнейшем могут быть направлены на коммерциализацию.

     

    Уровень технологической готовности (TRL)

    В настоящее время уровень технологической готовности разработки оценивается как TRL 1, по завершении проекта ожидается достижение уровня TRL 4.

     

     

    План реализации проекта

     

     

    № /с	Наименование задач и мероприятий по их реализации	Ожидаемые результаты реализации проекта (в разрезе задач и мероприятий), форма завершения
    1	Разработка технологии синтеза нового перовскитоподобного типа в тройной системе манганитов и ферритов (LMO, LFO) с внедрением редкоземельных элементов в лантан состава ABO₃ (LMO или LFO), где A = LaₓA’₁₋ₓ (Sm, Ce); B = Mn, Fe; x = 0,1–0,9.	Будет разработана новая технология синтеза в тройной системе манганитов и ферритов (LMO, LFO) с внедрением редкоземельных элементов в лантан состава ABO₃ (LMO или LFO), где A = LaₓA’₁₋ₓ (Sm, Ce); B = Mn, Fe; x = 0,1–0,9. Состав и кристаллическая структура новых перовскитоподобных манганитов будут проанализированы методом рентгенодифракционного анализа (XRD) с последующим уточнением структурных параметров методом Ритвельда.
    1.1	Синтез тройной системы ABO3(LMO или LFO) (ABO3: A= LaxA’1-x (Sm, Ce); B=Mn, Fe; где x= 0,1-0,9)	Новые перовскитоподобные манганиты и ферриты (LMO, LFO) синтезированы с помощью оптимальных золь-гелевых методов.
    1.2	Исследование фазового состава, структурных свойств и размеров поверхности недавно синтезированного перовскитоподобного манганита.	Фазовый состав (рентгенодифракционный анализ) и структурные свойства, размер частиц и морфология поверхности новых перовскитоподобных манганитов будут изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ или ТЭМ), а химический состав приготовленных образцов будет изучен с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).
    2	Синтез и характеристика оксида графена (ГО) и синтез нового нанокомпозита с электрокаталитическими свойствами из материала, содержащего перовскитоподобный манганит, феррит и оксид графена (LMO, LFO/GO).	Оксид графена синтезируют с использованием модифицированного метода Хаммера. Нанокомпозиты из полученного оксида графена, манганита и феррита (LMO, LFO/GO) получают с помощью оптимизированного метода. Структурные, морфологические и оптические свойства синтезированных новых нанокомпозитов будут проанализированы с помощью рентгеновской дифрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии или сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и спектроскопии поглощения в ультрафиолетовом диапазоне.
    2.1	Синтез, получение и характеристика структуры и свойств оксида графена (ГО).	Оксид графена (ГО) синтезируют с использованием модифицированного метода Хаммера, а его структурно-функциональные характеристики изучают с помощью различных спектроскопических методов (рентгеновская дифракция, сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионным анализом, инфракрасная спектроскопия).
    2.2	Синтез нового нанокомпозита – перовскитоподобных манганитов, ферритов/оксида графена (LMO, LFO/GO)	Синтез нового нанокомпозита с электрокаталитическими свойствами структуры LMO, LFO/GO гидротермальным (HT) методом Требования к публикационной активности: Не менее 3 (трёх) статей и/или обзоров по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях, которые: входят в 1 (первый), 2 (второй) и/или 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и индексируются в Science Citation Index Expanded, и/или индексируются в базе Scopus и имеют показатель CiteScore не менее 60 процентиля. Не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета).     Или Не менее 2 (двух) статей и/или обзоров по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях, которые: входят в 1, 2 и/или 3 квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и индексируются в Science Citation Index Expanded, и/или индексируются в базе Scopus и имеют показатель CiteScore не менее 70 процентиля. Не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета). Или Не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, которое: входит в 1 (первый) квартиль в базе Web of Science и индексируется в Science Citation Index Expanded, или индексируется в базе Scopus и имеет показатель CiteScore не менее 90 процентиля. Не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета).
    3	Целью данного исследования является определение электрокаталитической активности нанокомпозитов на основе перовскитоподобного манганита, феррита и оксида графена (LMO, LFO/GO) и изучение их способности к реакции выделения водорода с помощью электрохимического анализа.	Исследована электрокаталитическая активность нанокомпозитов на основе перовскитоподобного феррита, манганитов/оксида графена (LMO, LFO/GO), а также проведен анализ этих электродных материалов с помощью электрохимических методов, таких как циклическая вольтамперометрия (CV), линейная вольтамперометрия (LSV), метод Тафеля, электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS), для реакций выделения водорода (HER) и реакций выделения кислорода (OER).
    3.1	Целью данного исследования является разработка подходящих комбинаций реактора и электрода для электрохимической системы, предназначенной для реакции выделения водорода (HER), а также проведение высокоэффективных реакций в присутствии оптимизированных электрокатализаторов в разработанной системе.	Разработанная реакторная система будет включать оптимизированные фотоэлектроды, а также тестирование характеристик новых нанокомпозитов на основе перовскитоподобного феррита, манганита и оксида графена, и разработку подходящих комбинаций реактора и электродов для систем электрохимического производства водорода (HER).
    3.2	Цель исследования – изучить и подтвердить электрокаталитические свойства межкристаллических взаимодействий перовскитоподобного манганита и оксида графена, а также их свойства и взаимосвязь в реакциях выделения водорода (HER) и выделения кислорода (OER).	Каталитические свойства в окислительно-восстановительной реакционной среде – будет исследовано окисление перовскитоподобных наночастиц манганита и феррита/оксида графена, а также рассчитана их каталитическая реакционная способность в процессах выделения водорода (HER) и выделения кислорода (OER). В результате выполнения проекта планируется публикация: Вариант 1 Не менее 3 (трёх) статей и/или обзоров по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях, которые: входят в 1 (первый), 2 (второй) и/или 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и индексируются в Science Citation Index Expanded, и/или индексируются в базе Scopus и имеют показатель CiteScore не менее 60 процентиля. Не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета). Не менее 2 (двух) статей и/или обзоров по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях, которые: входят в 1, 2 и/или 3 квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и индексируются в Science Citation Index Expanded, и/или индексируются в базе Scopus и имеют показатель CiteScore не менее 70 процентиля. Не менее 2 (двух) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета). Не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, которое: входит в 1 (первый) квартиль в базе Web of Science и индексируется в Science Citation Index Expanded, или индексируется в базе Scopus и имеет показатель CiteScore не менее 90 процентиля. Не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования. Одна из публикуемых статей должна быть опубликована в категории Multidisciplinary (многопрофильная или с междисциплинарным практическим применением). Для отечественных журналов, не относящихся к категории Multidisciplinary и включённых в перечень Комитета по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования, засчитываются журналы, индексируемые одновременно по двум и более категориям (1 и 2 категории перечня Комитета).