Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2023
Ключевые слова: двумерные материалы, компьютерное моделирование, машинное обучение, dft, базы данных, жидкофазная эксфолиация
Аннотация: 1. Подобраны и отработаны методики, а также осуществлен синтез объемных образцов оксида и сульфида меди (ковеллина). Полученные образцы, а также коммерческие сульфиды железа, хрома, оксида марганца охарактеризованы комплексом физико-химических методов. 2. Предложена модельная система (объемный неподвижный образец алюминиевой фольгПоказать полностьюи) и дизайн эксперимента для изучения влияния природы растворителя, частоты и мощности акустического генератора на эффективность кавитации, позволяющие значительно сократить время УЗ-обработки и уменьшить процессы деградации растворителя. Показано, что основным фактором, влияющим на эффективность кавитации является температура кипения растворителя. Динамическая вязкость дисперсионной среды в интервале 0,8 – 2,5 Па∙с, поверх натяжение в интервале 36-43 Н/м, а также растворимость газов (на примере кислорода) в интервале 2,5-4,8 ммоль/л не оказывают существенного влияния на эффективность УЗ-процесса. 3. Определены значения акустической мощности, поглощенной растворителем, и установлено, что данная величина не является единственным показателем, характеризующим эффективность кавитации, поскольку в ней рассматривается только энергетическая составляющая процесса и не учитывается высокий порог кавитации для систем, имеющих значительное поверхностное натяжение, а также изменение механизма кавитации с жидкостной на газовую в случае высокого давления пара растворителя с низкой температурой кипения. 4. В найденных оптимальных условиях жидкофазной УЗ-обработки получены нанолисты СuO, CuS, Fe2O3, FeS, KMn8O16, FeS2, Cr2S3. Их характеризация показала, что на поверхности образцов наблюдаются атомы кислорода, что указывает на возможное частичное окисление или гидролиз полученных нанолистов. Процессы гидролиза и окисления зависят от природы используемой дисперсионной среды и максимальны для ДМСО. Наименее устойчивым к окислению оказались частицы природного пирротина. Адсорбция метилпирролидона на поверхности полученных наноматериалов предотвращает протекание побочных процессов. 5. С помощью методов ИК-Фурье, УФ-Виз- и ЯМР- спектроскопии показано, что гигроскопичность растворителей и присутствие в них растворенного кислорода инициируют процессы их разложения и окисления, которые приводят к частичному гидролизу и загрязнению поверхности полученного низкоразмерного материала, что влияет на его оптические и каталитические свойства, а также потенциальные области применения. Однако продукты окисления и деградации, адсорбированные на краях и базальных плоскостях нанокристаллов, способствуют разрыву ковалентных связей в них, а, следовательно, повышают эффективность эксфолиации не ван-дер-ваальсовых соединений. 6. В этом году, совместно с коллегами из Китая, мы успешно продемонстрировали эксфолиацию ультратонких 2D Cr2S3 с помощью комбинированного простого метода эксфолиации в жидкой фазе (LPE). Морфология и структура 2D Cr2S3 были систематически исследованы. Магнитные исследования показывают температурозависимое поведение 2D Cr2S3 со свойствами нескомпенсированного антиферромагнетика. 2D Cr2S3 был нанесен на массивы наностержней TiO2 для формирования гетероперехода S-схемы. Экспериментальные измерения и проведенные расчеты методом плотностного функционала (DFT) подтверждают, что образованный гетеропереход S-схемы TiO2@Cr2S3 облегчает разделение и передачу фотоиндуцированных пар электронов/дырок, что приводит к значительному увеличению фотокаталитической активности в видимой области спектра. 7. С помощью теории функционала плотности, были продемонстрированы возможности расслоения CuO, CuS и Cr3S4, а также посчитаны их электронные свойства. По результатам проделанных работ, на рассмотрении в журналах Q1 находятся 4 статьи, две из них прошли стадию рецензирования, направлены в журналы после доработки и ожидают принятия в печать.