Ученые Сколтеха оказали помощь коллегам из Японии, Германии, США и Китая в исследовании кристаллической структуры и оптических свойств нового класса двумерных соединений, которые могут применяться в качестве эффективных светочувствительных фотокатализаторов для химических реакций и преобразования энергии. Для формирования и структурного анализа изображений исследователи использовали оборудование, установленное в Центре коллективного пользования «Визуализация высокого разрешения» Сколтеха.

Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Одно из возможных применений фотокатализаторов − так называемое «расщепление воды» − метод, позволяющий заменить традиционное ископаемое топливо, являющееся одним из основных источников глобального потепления, на более экологически безопасный водород. Для реализации такого перехода в более крупных масштабах необходимо создать более совершенные катализаторы, способные эффективно использовать энергию солнечного света.

Директор Центра энергетических технологий Сколтеха (CEST) профессор Артем Абакумов и научный сотрудник ЦКП «Визуализация высокого разрешения» Мария Кирсанова приняли участие в международном проекте, посвященном исследованию слоистых оксихлоридов типа Bi₂MO₄Cl, где «M» − иттрий (Y), лантан (La) или висмут (Bi).

«Исследователи Сколтеха проанализировали локальные структурные особенности соединения Bi₂MO₄Cl, обеспечивающие его высокую фотокаталитическую активность. Анализ проводился с помощью оборудования просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, установленного в нашем ЦКП», − рассказывает Мария Кирсанова.

ЦКП «Визуализация высокого разрешения» оснащен суперсовременным оборудованием для исследований методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, в том числе просвечивающим электронным микроскопом Titan Themis Z.

«Визуализация кристаллической решетки − не самая тривиальная задача, и для ее решения и интерпретации результатов нам необходимы высококвалифицированные специалисты, обладающие знаниями и опытом в различных областях. Наука не стоит на месте, каждый год появляются новые методы электронной микроскопии, поэтому мы уделяем большое внимание повышению квалификации наших сотрудников», − отмечает руководитель ЦКП «Визуализация высокого разрешения» Ярослава Шахова.

Исследователям удалось из одномерного материала получить двумерный, встроив слой оксида MO₂ в слой традиционного материала Bi₂O₂. Они предполагают, что можно пойти дальше и попытаться получить трехмерный материал, увеличив толщину слоя флюорита. Возможно, это позволит улучшить не только фотокаталитические свойства, но и другие интересные характеристики соединений этого класса, например, возможность спонтанной поляризации, т.е. изменения электрической поляризации на обратную под воздействием внешнего магнитного поля.

В исследовании также приняли участие специалисты Киотского университета (Япония), Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (Германия), Центра исследований нейтронного излучения Национального института стандартов и технологий (США), Института перспективных материалов Хоффмана Шэньчжэньского политехнического университета (Китай) и Осакского университета (Япония).