AP09058000 – Табиғи және жасанды фотосинтездегі судың ажыратуына арналған катализаторлардың механизмін және сипаттарын зерттеу

Жобаның негізгі мақсаты: Жобаның мақсаты табиғи және жасанды фотосинтезде су ажырауының катализдік процесінің атомдық қағидаларын анықтау және материалдардың қасиеттерін зерттеу болып табылады. Зерттеу нысандары 2 (ФС 2) фотожүйенің суды тотықтандыратын кешені (СТК), жасанды фотосинтез үшін арналған синтетикалық кешендер.

Жобаның өзектілігі: Бүгінгі күні СТК ең қызықты және басқаларын қайталайтын құрылымды және спектроскопиялық қасиеттері Жанг профессордың тобымен алынған [Mn4CaO4 (ButCO2)8 (ButCO2H)2(py)] кешені [14]. Осы синтетикалық кешеннің металл кластері СТК топологиясы мен құрылымын дәл көрсетеді және CaMnO3 кубоидпен байланысқан Mn4 ие. Алынған көптеген эксперименттік зерттеулер [18-22] қарама-қайшы мәліметтерге және ФС2 ИҚ спектрлерінің пиктерін дұрыс теңестірудің мүмкін еместігіне алып келді. Осыған байланысты Кок циклі процесінде СТК реакциялық орталығының құрылымдық өзгерістерінің спектрлік қасиеттермен өзара байланысын эксперименттік бақылаулар негізінде ғана бақылау қиын немесе мүмкін емес болды. Осылайша, ФС2 ИҚ спектрлерін сенімді теңестіру, сондай-ақ жұту жолақтарының орындарының өзгерісіне әсер ететін факторларды түсіну судың ыдырау механизмін және О-О байланыстың түзілуіне жауапты құрылымдық өзгерістердің айтарлықтай алға басуына алып келеді. Осы жоба судың ажырау механизмін түсінуге бағытталған, ол табиғи және жасанды кешендердегі катализдік реакцияларды толықтай модельдеуге көмектеседі, сондай-ақ тұрақты жасанды фотосинтез құрылғыларын және күн отын жүйелерін жобалауға және әзірлеуге алып келеді.

Ғылыми жетекшісі: Ph.D. докторы, Тыченгулова Алия Жанаткызы

Алынған нәтижелер: 2021–2023 жылдар аралығындағы ҒЗЖ барысында фотожүйе II-нің синтетикалық және табиғи кешендерінің спектроскопиялық, құрылымдық және магниттік қасиеттеріне кешенді зерттеу жүргізілді. Кванттық-химиялық әдістерді қолдана отырып ИҚ-спектрлер талданып, тербелмелі модаларды дұрыс интерпретациялау және есептеу модельдерінің оңтайлы параметрлерін анықтау мүмкін болды. QM/MM MD сияқты заманауи модельдеу әдістерін пайдалану арқылы Кок циклының әртүрлі күйлеріндегі ВОК спектрлік сипаттамалары зерттелді. Тербелмелі спектрлерге әсер ететін негізгі факторлар анықталып, синтетикалық және табиғи кешендер арасындағы айырмашылықтар айқындалды. Спектрлерді талдаудың жаңа алгоритмдері және фотоактивация мен оксо-көпірлердің түзілу процестерін модельдеу әдістемелері әзірленді. Ақуыздық орта әсерін ескере отырып құрылымдық динамика және O–O байланысының түзілу механизмдері зерттелді. Алынған нәтижелер судың каталитикалық ыдырау механизмдерін терең түсінуге мүмкіндік береді және тиімді синтетикалық аналогтарды жасауға қолданылуы мүмкін.

Жарияланымдар тізімі

1. Yerezhep D., Tychengulova A., Sokolov D., Aldiyarov A. A Multifaceted Approach for Cryogenic Waste Tire Recycling // Polymers. – 2021. – Vol. 13, No. 15. – P. 2494. – DOI: https://doi.org/10.3390/polym13152494.
2. Aldiyarov A., Tychengulova A., Yerezhep D., Ismail A. Vibrational Spectroscopy of Ethanol Molecules Isolated in a Nitrogen Matrix. – Singapore: Springer, 2022. – (Advanced Topics in Science and Technology in China). – DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-99-6128-3_124.
3. Тыченгулова А., Катпаева К. Исследование начальной стадии фотоактивации в катализаторах на основе Mn // Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан. – 2023. – № 347(3). – С. 58–70. – DOI: https://doi.org/10.32014/2023.2518-1483.225.
4. Tychengulova A., Katpayeva K., Baurzhan A., Ibragimova S., Yerezhep D., Golikov O., Sokolov D., Aldiyarov A. Laboratory studies of the clathrate hydrate formation in the carbon dioxide–water mixture under vacuum conditions // Materials. – 2024. – DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08342.