The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования являются гетероструктурированные пленки оксидных полупроводников (CuO/Cu2O, CuBi2O4), и ферроэлектрический материал BaTiO3

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу объектісі – оксидті жартылай өткізгіштердің (CuO/Cu2O, CuBi2O4) гетероқұрылымды қабықшалары және BaTiO3 ферроэлектрлік материалы.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта – исследовать проблемы поглощения света и разделение зарядов в гетероструктурированных фотокатализаторах посредством манипулирования наноинтерфейса, на явлениях фотонного преобразования в связанных системах (фотоактивные полупроводники / «upconversion» материалы) и влияния внутреннего электрического поля. Фундаментальные исследования в сочетании с теоретическим моделированием потенциально приведет к высокой эффективности (STH) фотокаталитического разложения воды.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты— гетероқұрылымдық фотокатализаторлардағы жарықтың жұтылуы мен зарядтардың ажырауы мәселелерін наноинтефейстерді өзгерту, фотондардың “upconversion” материалдарда түрөзгерісі мен ішкі электр кернеу әсері тұрғысында зерттеу. Фундаменталды зерттеулер мен теоретикалық модельдеу жоғары фотокаталитикалық тиімділікке (STH) әкеледі.

Методы исследования (на русском) : В работе используется методы электрохимического осаждения тонких пленок в трехэлеткродной ячейке, и методы физического осаждения, таких как магнетронное распыление и термическое осаждение в вакууме. Морфология поверхности синтезируемых полупроводников (Cu2O и CuBi2O4) исследовалась с применением сканирующего электронного и атомно силового микроскопа. Исследования фазовой идентичности, кристалличности, и химического состава проводились на установках рентгеноструктурного анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Оптические и электронные свойства полученных образцов исследовались на UV-vis спектрофотометре. Фотокаталитическая активность, стабильность, явления переноса зарядов в образцах исследовалась в трехэлектродной ячейке с использованием потенциостата и солнечного симулятора с монохроматором, проводились следующие измерения: CV (Cyclic voltammetry), PEC (photoelectrochemical cell measurements), EIS (electrochemical impedance spectroscopy). Измерение STH (solar to hydrogen efficiency) проводились с использованием газовой хроматографии на PID и TCD детекторах.

Методы исследования (на казахском) : Жұмыста үш электродты ұяшықта жұқа қабықшаларды электрохимиялық тұндыру әдістері және магнетронды шашырату және вакуумда термиялық тұндыру сияқты физикалық тұндыру әдістері қолданылады. Синтезделген жартылай өткізгіштердің (Cu2O және CuBi2O4) беттік морфологиясы сканерлеуші ​​электронды және атомдық күшті микроскоптың көмегімен зерттелді. Фазаның сәйкестігін, кристалдылығын және химиялық құрамын зерттеу рентгендік дифракциялық талдау және рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия көмегімен жүзеге асырылды. Алынған үлгілердің оптикалық және электронды қасиеттері УК-визиялық спектрофотометрдің көмегімен зерттелді. Үлгілердегі фотокаталитикалық белсенділік, тұрақтылық, зарядты тасымалдау құбылыстары үш электродты ұяшықта потенциостат пен монохромататоры бар күн симуляторы арқылы зерттелді, келесі өлшемдер жүргізілді: CV (циклдік вольтамметрия), PEC (фотоэлектрохимиялық ұяшық өлшемдері), EIS (электрохимиялық кедергі спектроскопиясы). STH (күннен сутегіге тиімділік) өлшемдері PID және TCD детекторларында газ хроматографиясы арқылы жүргізілді.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе выполнения проекта были отработаны методы нанесения защитных покрытий на фотокатализаторы посредством магнетронного распыления, drop-casting, spin-coating, и методом атомно-слоевого осаждения. Как показали результаты исследования покрытия, полученные методом ALD обладали наилучшими защитными свойствами; Был отработан процесс двухуровневой фотолитографии для создания гомоперехода в структуре CuBi2O4 с латеральным разрешением до 10 мкм; Получены ферроэлектрические пленки TiN/HfZrO/TiN методом магнетронного со-распыления в атмосфере кислорода; Получены гетероструктурные пленки Cu2O/ZnO/TiO2 на проводящей подложке. Определен механизм и влияние толщины CuO на фототок в системе CuO/Cu2O. Было выявлены пограничные условия для создания гетероперехода на границе раздела фаз полупроводников, определено влияние углеродной аморфной пленки на перенос носителей заряда. Отработана методика измерения STH эффективности гетероструктурированных материалов, и систем на их основе.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жоба барысында магнетронды шашырату, тамшылатып құю, айналдыру және атомдық қабаттарды тұндыру әдісі арқылы фотокатализаторларға қорғаныс жабындарын қолдану әдістері әзірленді. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, ALD әдісімен алынған жабындар ең жақсы қорғаныс қасиеттеріне ие болды; CuBi2O4 құрылымында бүйірлік рұқсаты 10 мкм болатын гомотүйінді құру үшін екі деңгейлі фотолитография процесі әзірленді; Ферроэлектрлік TiN/HfZrO/TiN қабықшалары оттегі атмосферасында магнетронды бірлесіп шашырату арқылы алынды. Өткізгіш субстраттағы гетероструктуралық Cu2O/ZnO/TiO2 қабықшалары алынды. CuO/Cu2O жүйесіндегі фототокқа CuO қалыңдығының механизмі мен әсері анықталды. Жартылай өткізгішті фазалар арасындағы интерфейсте гетероидты құрудың шекаралық шарттары анықталып, аморфты көміртекті қабықшаның заряд тасымалдаушыларды тасымалдауға ықтимал әсері анықталды. Гетеқұрылымды материалдар мен олардың негізіндегі жүйелердің STH тиімділігін өлшеу әдістемесі әзірленді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В рамках проекта используется недорогой, распространённый и нетоксичный материал (Cu) для синтеза фотокатода Cu2O. Методы получения фотокатализатора на его основе, являются энергоэффективными и возможны при крупномасштабном производстве. Перспективность фотокатода CuBi2O4 обусловлена его высоким теоретическим потолком фототока, но из-за высокой рекомбинации и малой подвижности носителей заряда остается недостижимым, так в проекте рассматриваются различные подходы для достижения теоретического максимума.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба бойынша Cu2O фотокатодын синтездеуге арзан, кең таралған және улы емес материал (Cu) қолданылады. Оның негізінде алынатын фотокатализаторды өндіру энегиялық түрде тиімді және үлкен көлемдерге масштабтауға икемді келеді. CuBi2O4 фотокатадының перспективтілігі оның жоғары теоретикалық ток күшінде болып табылғанымен, оған жету өте жоғары рекомбинация мен зарядтардың баяуланған қозғалысына байланысты өте қиын, сондықтан жоба теоретикалық максимумға жету жолдарын қарастырады

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Орындалмаған

Efficiency (in Russian) : Полученные фотокаталитические системы на основе оксидных полупроводников и ферроэлектрических материалов (CuO/Cu2O, CuxBiyOz, Cu2O/BaTiO3, Cu2O/HfZrO) позволять повысить эффективность разложения воды под действием света, а результаты проекта предоставляют данные о процессах происходящих как на поверхности, так и на границе раздела фаз в гетероструктурных фотокатализаторов, что позволит выйти нам на новый уровень в понимании синтеза и дизайна подобных фотокаталитических систем.

Efficiency (in Kazakh) : Тотықты жартылай өткізгіштерге және ферроэлектрлік материалдарға (CuO/Cu2O, CuxBiyOz, Cu2O/BaTiO3, Cu2O/HfZrO) негізделген алынған фотокаталитикалық жүйелер жарықтың әсерінен судың ыдырауының тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді және жобаның нәтижелері деректермен қамтамасыз етеді. гетероқұрылымдық фотокатализаторларда бетінде де, шекаралық фазада бөлінуде де болып жатқан процестер туралы, бұл бізге осындай фотокаталитикалық жүйелердің синтезі мен конструкциясын түсінуде жаңа деңгейге жетуге мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Полученные результаты потенциально применимы в области зеленой энергетики и нефтеперерабатывающей индустрии.

Field of application (in Kazakh) : Алынған нәтижелер жасыл энергетика мен мұнай өңдеу салаларында қолданыла алады.