The object of research, development or design (in Russian) : металлические оксиды ZnO/BiVO4 и Cu2O/ZnO для фотоанодов и фотокатодов тандемных фотоэлектрохимических систем

The object of research, development or design (in Kazakh) : металл оксидтері ZnO/BiVO4 және Cu2O/ZnO тандемдік фотоэлектрохимиялық жүйелердің фотоанодтары мен фотокатодтары үшін

Aim of work (in Russian) : тщательный подбор физико-химических параметров фотоанодов и фотокатодов тандемных фотоэлектрохимических систем, основанных на металлических оксидах ZnO/BiVO4 и Cu2O/ZnO, с целью обеспечения стабильной и эффективной работы фотоэлектрохимической ячейки на уровне эффективности преобразования солнечной энергии в водород не менее 5% в течение протяженного периода, равного 1000 часам

Aim of work (in Kazakh) : Ұсынылған жобаның мақсаты – тиімділік деңгейінде фотоэлектрохимиялық элементтің тұрақты және тиімді жұмысын қамтамасыз ету үшін ZnO/BiVO4 және Cu2O/ZnO металл оксидтеріне негізделген тандемдік фотоэлектрохимиялық жүйелердің фотоанодтары мен фотокатодтарының физика-химиялық параметрлерін мұқият таңдау. 1000 сағаттық ұзақ уақыт ішінде күн энергиясын кем дегенде 5% сутегіге айналдыру.

Методы исследования (на русском) : электрохимическое осаждение массивов 1D и 2D ZnO на проводящем стекле, сканирующая электронная микроскопия, оптическая спектроскопия, рентгеновская дифрактометрия, импедансная спектроскопия.

Методы исследования (на казахском) : 1D және 2D ZnO массивтерін электрохимиялық тұндыру, сканерлейтін электронды микроскопия, оптикалық спектроскопия, рентген-дифрактометрия, импеданс-спектроскопия.

Obtained results and novelty (in Russian) : Разработана и оптимизирована методика электрохимического анодирования, обеспечивающая воспроизводимое формирование высокоупорядоченных наномассивов 1D-структур Cu₂O на тонком медном слое. Процесс анодирования осуществлялся в потенциостатическом режиме с точным контролем параметров тока, потенциала и температуры, что позволило стабилизировать рост оксидных наноструктур и добиться однородности морфологии по всей поверхности подложки. Структурно-фазовый анализ методом рентгеновской дифракции подтвердил формирование чистой кубической фазы Cu₂O без примесей металлической меди, что указывает на высокое качество синтеза. Исследования оптических свойств методом УФ-видимой спектроскопии выявили выраженный край поглощения, соответствующий прямозонному переходу Cu₂O и подтверждающий его полупроводниковую природу. Электрохимические измерения фотоэлектрохимической ячейки показали устойчивое формирование фототока при освещении фотоанода, что свидетельствует о высокой фоточувствительности и перспективности полученных наноструктур Cu₂O для использования в PEC-системах.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жұқа мыс қабатының бетінде жоғары реттелген 1D құрылымды Cu₂O наномассивтерін қайта өндіруге мүмкіндік беретін электрохимиялық анодтау әдістемесі әзірленіп, оңтайландырылды. Анодтау процесі потенциостатикалық режимде, ток, потенциал және температура параметрлерін дәл бақылау арқылы жүргізілді, бұл оксидтік наноқұрылымдардың тұрақты өсуін қамтамасыз етіп, үлгінің беті бойынша морфологияның біртектілігіне қол жеткізуге мүмкіндік берді. Рентгендік дифракция әдісімен жүргізілген құрылымдық-фазалық талдау нәтижесінде металл мыс қоспалары жоқ таза кубтық Cu₂O фазасының түзілуі расталды, бұл синтездің жоғары сапасын көрсетеді. Ультракүлгін-жарық спектроскопия әдісімен зерттелген оптикалық қасиеттер Cu₂O материалының тура тыйым салынған аймақтық өтпесіне сәйкес келетін айқын жұтылу жиегін көрсетті және оның жартылай өткізгіш табиғатын дәлелдеді. Фотоэлектрохимиялық ұяшықтағы электрохимиялық өлшеулер фотоанод жарықтандырылған кезде фототоктың тұрақты түзілуін көрсетті, бұл алынған Cu₂O наноқұрылымдарының жоғары фотосезімталдығын және оларды PEC-жүйелерінде қолданудың болашағын айқындайды

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и технико-экономические показатели заключаются в следующем. Разработанная и оптимизированная методика электрохимического анодирования обеспечивает стабильное и воспроизводимое формирование высокоупорядоченных наномассивов 1D-структур Cu₂O на тонком медном слое при потенциостатическом режиме работы. Точный контроль параметров тока, потенциала и температуры обеспечивает равномерность морфологии и высокое качество наноструктур по всей площади подложки. Проведённый структурно-фазовый анализ подтвердил формирование чистой кубической фазы Cu₂O без примесей металлической меди, что гарантирует высокую степень кристалличности и однородности материала. Методами УФ-видимой спектроскопии установлено наличие выраженного края поглощения, соответствующего прямозонному переходу Cu₂O, с шириной запрещённой зоны порядка 2,0 эВ. Фотоэлектрохимические измерения показали устойчивое формирование фототока при облучении фотоанода интенсивностью света 100 мВт/см², с плотностью фототока по модулю порядка 0,3-0,4 мА/см², что подтверждает высокую фоточувствительность и стабильность материала. Технология анодирования отличается низким энергопотреблением, отсутствием дорогостоящих прекурсоров и возможностью масштабирования процесса, что обеспечивает её экономическую эффективность и применимость для производства элементов фотоэлектрохимических систем и сенсорных устройств.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Негізгі конструктивтік және техникалық-экономикалық көрсеткіштер келесідей. Әзірленген және оңтайландырылған электрохимиялық анодтау әдістемесі потенциостатикалық режимде жұмыс істей отырып, жұқа мыс қабатында жоғары реттелген 1D құрылымды Cu₂O наномассивтерін тұрақты және қайта өндіруге мүмкіндік береді. Ток, потенциал және температура параметрлерін дәл бақылау үлгінің бүкіл беті бойынша морфологияның біркелкілігін және наноқұрылымдардың жоғары сапасын қамтамасыз етеді. Құрылымдық-фазалық талдау нәтижесінде металл мыс қоспалары жоқ таза кубтық Cu₂O фазасының түзілуі расталды, бұл материалдың жоғары кристалдық дәрежесі мен біртектілігін дәлелдейді. Ультракүлгін-жарық спектроскопия әдістері арқылы жұтылудың айқын шеті анықталды, ол Cu₂O материалының тура тыйым салынған аймақтық өтпесіне сәйкес келеді және тыйым салынған аймақтың ені шамамен 2,0 эВ құрайды. Фотоэлектрохимиялық өлшеулер фотоанод 100 мВт/см² жарық қарқындылығымен сәулелендірілгенде тұрақты фототоктың түзілуін көрсетті, фототок тығыздығы шамамен 0,3–0,4 мА/см² деңгейінде болды, бұл материалдың жоғары фотосезімталдығы мен тұрақтылығын дәлелдейді. Анодтау технологиясы төмен энергия тұтынуымен, қымбат прекурсорлардың болмауымен және процесті ауқымдауға мүмкіндігімен ерекшеленеді, бұл оның экономикалық тиімділігін және фотоэлектрохимиялық жүйелер мен сенсорлық құрылғылар элементтерін өндіруге жарамдылығын қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : рекомендуется применение наномассивов Cu2O в фотокатализе для разложения воды, для очистки воды, для очистки окружающего воздуха.

Level of implementation (in Kazakh) : Cu₂O наномассивтерін суды фотокаталитикалық ыдыратуда, суды тазалауда және қоршаған ауаны тазалауда қолдану ұсынылады

Efficiency (in Russian) : экономическая эффективность разработанной методологии получения равномерных массивов Cu2O заключается в низких энергетических затратах при синтезе и обработке образцов.

Efficiency (in Kazakh) : Әзірленген біркелкі Cu₂O массивтерін алу әдістемесінің экономикалық тиімділігі үлгілерді синтездеу және өңдеу кезінде энергия шығындарының төмен болуымен түсіндіріледі.

Field of application (in Russian) : фотовольтаика, альтернативная энергетика, наноэлектроника, фотокатализ.

Field of application (in Kazakh) : фотоэлектриктер, баламалы энергия, наноэлектроника, фотокатализ.