Электрохимическое соосаждение металлопорфиринов для формирования биметаллических электрокатализаторов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-23-00868

НазваниеЭлектрохимическое соосаждение металлопорфиринов для формирования биметаллических электрокатализаторов

Руководитель Кузьмин Сергей Михайлович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук , Ивановская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые слова порфирины, полимеризация, электрохимическое осаждение, иницииированная супероксид анион радикалом электрохимическое осаждение, электрохимическое соосаждение, наноструктуры, композиты, сополимеры, поверхность, биметаллические электрокатализаторы, электровосстановление кислорода, электровосстановление углекислого газа, электрохимическое разложение воды

Код ГРНТИ31.15.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на совершенствование технологии получения функциональных наноматериалов. Основной научной проблемой, решаемой в рамках проекта, является развитие электрохимических методов для формирования биметаллических катализаторов. Актуальность решения указанной научной проблемы определяется современными требованиями к развитию наук о материалах, которые включают в себя поиск новых подходов к синтезу материалов и создание эффективных технологий их производства. При этом, не вызывает сомнений существенный вклад новых перспективных электрокатализаторов как для развития технологий преобразования энергии (топливные элементы, цинк-воздушных источники тока, возобновляемые виды топлива и др.), так и для повышения экологической безопасности существующих химических технологий. Основой проекта является возможность возникновения синергетического эффекта в случае близкого соседства в катализаторе металлоцентров разной природы. В качестве предшественников при формировании таких катализаторов мы предлагаем использовать металлокомплексы порфиринов. Характерная особенность каталитических систем на основе металлопорфиринов заключается в том, что отдельные атомы металла, локализованные координационными связями с макроциклом, являются каталитическими центрами. Основой для получения биметаллических катализаторов будут комплексы Mn, Fe, Co, Ni, Cu c амино- и гидрокси- тетрафенилпорфиринами или тетрапиридилпорфиринами. Материалы будут формироваться на электродах разной природы: углеродных, металлических или оксидных (ITO). Результаты ранее проведенных исследований показали, что электрический режим электрохимического осаждения, природа растворителя и структура заместителей существенным образом сказывается на кинетике формирования и свойствах получаемых порфириновых материалов. Поэтому в ходе проекта будет уделено внимание влиянию этих факторов на кинетику осаждения, на морфологию материала и на соотношение в нем металлоцентров различной природы. Для электрохимического формирования биметаллических катализаторов, наряду с классическими электрохимическими методами, будет применён разработанный коллективом исполнителей гранта метод инициированного супероксид анион радикалом электрохимического осаждения. Полученные материалы будут охарактеризованы методами спектроскопии (оптическая и инфракрасная), микроскопии (атомно-силовая и электронная), элементного анализа (EDX). Будут выполнены оценки удельной поверхности полученных материалов и их пористости. Каталитическая активность материалов будет оценена в реакциях электровосстановления кислорода и углекислого газа и реакциях электрохимического разложения воды. Исследование будет выполнено на вращающемся дисковом электроде методом линейной вольтамперометрии (с анализом тафелевской области вольтамперограмм). Будут охарактеризованы кинетические характеристики электрохимической реакции на катализаторе и эффективное число переносимых электронов. Для анализа эволюции состояния катализатора в условиях эксплуатации будут использованы методы хроноамперометриии и спектроскопии электрохимического импеданса. При выполнении проекта будет получена новая информация о процессах электрохимического формирования биметаллических порфириновых материалов, включая влияние структуры гетероциклических соединений на кинетику электрохимического осаждения и их свойства. Впервые будет проведено систематическое исследование взаимосвязи между составом (структурой) таких материалов и их каталитическими свойствами. Новизна научной информации обусловлена, в том числе, применением, наряду с классическими методами электрохимического осаждения, оригинального подхода, разработанного участниками проекта. Выполнение проекта внесет существенный вклад в развитие научных представлений о формировании биметаллических катализаторов и в практику создания новых материалов, обладающих и электрокаталитическими свойствами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кузьмин С.М., Филимонова Ю.А., Викол Л.К., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. Формирование и свойства биметаллических электрокатализаторов на основе металлопорфиринов Тезисы докладов ХХ Всероссийского совещания «ЭЛЕКТРОХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ» ЭХОС-2022 18-22 октября 2022 г, стр. 93 (год публикации - 2022)

2. Викол Л.К., Филимонова Ю.А., Кузьмин С.М., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. Mechanism of oxygen electro reduction on polyaminophenylporphirin films XIII Плесская международная научная конференция «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии», Тезисы докладов. Иваново: Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН, 2022. – 125 с., с. 61 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Кузьмин С. М., Филимонова Ю. А., Викол Л. К., Чуловская С. А., Сырбу С. А., Парфенюк В. И. Formation and Properties of Bimetallic Electrocatalysts Based on Aminophenylporphyrine Metal Complexes Russian Journal of Electrochemistry, Pleiades Publishing, Ltd, 59,11,647–658 (год публикации - 2023)
10.1134/S1023193523110113

2. Кузьмин С.М., Чуловская С.А., Филимонова Ю.А., Парфенюк В.И. Synergistic effect of two metal porphyrins in a polymer catalyst for oxygen electroreduction Journal of Electroanalytical Chemistry, 947, 117798 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jelechem.2023.117798

3. Кузьмин С.М., Чуловская С.А., Тесакова М.В., Филимонова Ю.А., Парфенюк В.И., BIMETALLIC PORPHYRIN ELECTRO POLYMERIZED FILMS FOR OXYGEN ELECTROREDUCTION «Современные проблемы теоретической и прикладной электрохимии. Электрохимия в настоящем и будущем», XIV Плёсская Международная научная конференция, г. Плес, Ивановская обл., 03-07 июля 2023 г. Тезисы докладов, 2023. - 147 с., 10 (год публикации - 2023)

4. Парфенюк В.И., Кузьмин С.М., Тесакова М.В., Чуловская С.А. ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ И КОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСОВ ПИРИДИЛПОРФИРИНОВ С Mn И Fe Современные проблемы теоретической и прикладной электрохимии. Электрохимия в настоящем и будущем», XIV Плёсская Международная научная конференция, г. Плес, Ивановская обл., 03-07 июля 2023 г. Тезисы докладов, 2023. - 147 с., 49 (год публикации - 2023)

5. Филимонова Ю.А., Кузьмин С.М., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИЗАМЕЩЕННЫХ ПОРФИРИНОВ КАК КАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА «Современные проблемы теоретической и прикладной электрохимии. Электрохимия в настоящем и будущем», XIV Плёсская Международная научная конференция, г. Плес, Ивановская обл., 03-07 июля 2023 г. Тезисы докладов, 2023. - 147 с., 65 (год публикации - 2023)

6. Парфенюк B.И., Кузьмин С.М., Чуловская C.А., Филимонова Ю.А. ПОЛИМЕРНЫЕ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДЫ НА ОСНОВЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСОВ ПОРФИРИНОВ И БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ Электрохимия-2023: всероссийская конференция по электрохимии с международным участием, 23 - 27 октября, 2023, Москва, Россия. Сборник тезисов докладов. — М.: ИФХЭ РАН, 2023. – 492 c., 84 (год публикации - 2023)

7. Парфенюк B.И. , Кузьмин С.М. , Чуловская C.А. , Филимонова Ю.А. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛИПОРФИРИНОВЫХ МОНОМЕТАЛЬНЫХ И БИМЕТАЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА Электрохимия-2023: всероссийская конференция по электрохимии с международным участием, 23 - 27 октября, 2023, Москва, Россия. Сборник тезисов докладов. — М.: ИФХЭ РАН, 2023. – 492 c., 266 (год публикации - 2023)

8. Тесакова М.В., Кузьмин С.М., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПОЛИПОРФИРИНЫ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСОВ ПИРИДИЛ-ЗАМЕЩЕННОГО ТЕТРАФЕНИЛПОРФИРИНА Электрохимия-2023: всероссийская конференция по электрохимии с международным участием, 23 - 27 октября, 2023, Москва, Россия. Сборник тезисов докладов. — М.: ИФХЭ РАН, 2023. – 492 c., 305 (год публикации - 2023)

9. Сергей М. Кузьмин , Светлана А. Чуловская , Мария В. Тесакова, Оскар И. Койфман, Владимир И. Парфенюк Electrochemically produced films based on individual porphyrins andbimetallic composites: Morphology and electrocatalytic properties in the reaction of oxygen electroreduction Electrochimica Acta, 484, 144025 (год публикации - 2024)
10.1016/j.electacta.2024.144025