Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В данном проекте полимерные композитные наноматериалы получены путем инициирования электрических разрядов постоянного атмосферного давления над раствором, содержащим пленочные полимеры, или в растворе, содержащим полимерные матрицы. При этом наночастицы металлического серебра и наночастицы оксидов металлов (вольфрама, молибдена, титана), полученные при плазменном диспергировании электродов в ходе горении разряда, осаждены на поверхности полимера или внедрены в полимерную матрицу. Для получения наночастиц использован разряд постоянного тока с жидким анодом и металлическим катодом, расположенном над поверхностью раствора и разряд с двумя металлическими электродами, расположенными в жидкости. Впервые показана возможность синтеза оксидов молибдена, вольфрама, титана различной структуры и дисперсности с использованием плазмы газовых разрядов, контактирующих с жидкой фазой. Полученные продукты охарактеризованы методами динамического рассеяния света, рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией, просвечивающей электронной микроскопией. Установлено, что при горении разряда между молибденовым катодом и водным анодом распыление молибденового катода и окислительные процессы в плазме приводят к формированию суспензии, в которой дисперсная фаза представлена оксидами молибдена с различными степенями окисления. Использование плазмы импульсного разряда между молибденовыми электродами, погруженными в воду, позволяет получать оксидные частицы нестехиометрического оксида молибдена MoOx с соотношением [Mo]:[O]=1:4. В случае вольфрамовых электродов отношение были получены частицы стехиометрического оксида WO3. Наночастицы оксида титана TiO2 преимущественно в фазе анатаза получены при использовании титановых электродов. Средний диаметр наночастиц оксидов металлов (80 – 300 нм) зависит от тока разряда и от присутствующих в растворе добавок. Инициирование подводного разряда между серебряными электродами позволяет получить наночастицы металлического серебра диаметром 25-30 нм. Средние значения энергозатрат, необходимых на образование наночастиц, составляют 170-350 эВ/частица. Это дает возможность считать данные способы организации системы плазма-раствор одними из наиболее энергоэффективных методов плазменного синтеза наночастиц металлов и оксидов металлов. Полученные наночастицы оксидов металлов были протестированы на фотокаталитическую активность и показали превосходные результаты по фотодеструкции красителей (родамина Б и метиленового голубого). В одностадийном процессе синтеза и осаждения наночастиц были получены композиты, содержащие наночастицы нестехиометрического оксида молибдена, иммобилизованные на подложку из полиэтилентерефталата. Полученные композиты охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Данные композиционные полимерные наноматериалы представляют интерес в качестве эффективных фотокатализаторов для разрушения органических веществ. Были созданы композиты из полилактида, используемого в качестве полимерной матрицы, и наночастиц серебра, полученных в плазме подводного разряда, инициируемого между двумя серебряными электродами. Полученные полимерные пленки, содержащие наночастицы серебра, охарактеризованы различными физико-химическими методами анализа. Показано, что композиты имеют отличные противомикробные характеристики по отношению к различным микроорганизмам (Escherichia coli, Staphylococcus albus, Bacillus subtilis и Candida albicans) и могут с успехом применяться в качестве упаковочного материала для пищевых продуктов.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В рамках данного проекта синтезированы наночастицы оксидов молибдена, вольфрама, титана, меди и наночастицы серебра с использованием плазмы разрядов контактирующих с жидкостью. Полученные продукты охарактеризованы методами динамического рассеяния света, рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией, просвечивающей электронной микроскопией. Для получения наночастиц использован разряд постоянного тока с жидким анодом и металлическим катодом, расположенном над поверхностью раствора и разряд с двумя металлическими электродами, расположенными в жидкости. Исходя из величин энергозатрат, необходимых на образование наночастиц, данные способы синтеза являются одними из наиболее энергоэффективных методов плазменного синтеза наночастиц металлов и оксидов металлов. Способ организации системы плазма-раствор и варьировании параметров разряда (ток, время обработки) влияет на фазовый состав, форму и структуру образующихся наночастиц. Размер оксидных частиц составляет от 100 до 200 нм и зависит от тока разряда и времени обработки. Изменение тока разряда позволяет варьировать фазовый состав образующихся оксидных частиц. Установлено, что синтезированные в плазме наночастицы оксида титана, а также частицы оксидов молибдена и вольфрама обладают высокими значениями удельной поверхности и низкими значениями ширины запрещенной зоны. Полученные соединения были протестированы как фотокатализаторы для фотодеструкции типов красителей: родамина Б, метиленового голубого и активного ярко-красного. Полученные образцы обладают отличными фотокаталитическими свойствами: показано 100% разрушение красителей родамина, метиленового голубого, активного ярко-красного при облучении ультрафиолетовым светом и 70-100% фотодеструкция при облучении видимым светом. Полученные наночастицы были рассмотрены как потенциальные сорбенты органических и неорганических соединений. В наших экспериментах мы изучали сорбционную способность полученных порошков к ионам металлов железа и меди, а также к красителям метиленовому синему (МБ) и родамину Б (RhB). Все синтезированные оксиды демонстрируют сильную сорбционную способность при удалении красителей метиленового голубого, родамина Б и активного ярко-красного из водных растворов. Синтезированный порошок из частиц оксида титана обладает отличные сорбционные свойствами и большой сорбционной емкостью по отношению к ионам металлов (меди и железа). Впервые проведены исследования по изучению сочетания воздействия плазмы на различные загрязнители с одновременным синтезом фотокаталитически активных наноструктурированных оксидов. В качестве примера были проведены эксперименты по воздействию плазмы подводного разряда с титановыми электродами на раствор смеси красителей. Стоит отметить, что в этом случае мы имеем синергетический эффект самой плазмы, активных частиц в растворе, сорбции на полученном порошке, излучения плазмы и, как следствие, также фотокаталитического разложения красителей. Результаты показали, что воздействие плазмы с инертными электродами в течение 30 минут приводит к обесцвечиванию раствора смеси красителей на 20%. Процесс сорбции смеси красителей в течение 30 минут дает степень обесцвечивания 35%. После воздействия плазмы титановыми электродами степень обесцвечивания составляет 95%. В одностадийном процессе синтеза и осаждения наночастиц были получены композиты, содержащие наночастицы нестехиометрического оксида молибдена, иммобилизованные на подложки из полиэтилентерефталата и полипропилена. Результаты сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и ИК-спектроскопии подтверждают осаждение наночастиц оксида молибдена на подложки. Полученные композиционные материалы были протестированы как пленочные фотокатализаторы при действии УФ-излучения на краситель Родамин Б. Продемонстрировано полное разрушение красителя родамина Б за 30 минут за 5 циклов фотокатализа как при использовании композита ПЭТ-наночастицы родамина оксида молибдена, так и композита ПП-наночастицы оксида молибдена. Данные композиционные полимерные наноматериалы представляют интерес в качестве эффективных пленочных фотокатализаторов для разрушения органических веществ. Были созданы композиты из полилактида используемого в качестве полимерной матрицы, и наночастиц серебра, полученных в плазме подводного разряда, инициируемого между двумя серебряными электродами и поливинилового спирта (ПВС) и наночастиц оксида меди, полученных также в плазме подводного разряда. Подводный разряд зажигался в водной дисперсии растворенного полилактида или в водном растворе ПВС. Показано, что композиты имеют отличные противомикробные характеристики по отношению к различным микроорганизмам: Escherichia coli, Staphylococcus albus, Bacillus subtilis и Candida albicans. Впервые композиты на основе MoO3, декорированные TiO2 и диоксида титана, декорированные нестехиометрическим оксидом молибдена, успешно синтезированы с использованием низкотемпературной плазмы подводного разряда. В качестве источников оксидов использовались электроды из Mo и Ti. ПЭМ-анализ показал наличие гетероструктур. Установлено, что композит на основе смешанного диоксида титана, декорированный MoOx, является наиболее перспективным материалом для электронного транспорта в сенсибилизированных красителями солнечных элементах.