Заведующая кафедрой физической и коллоидной химии ХФ, доктор химических наук, профессор Томского госуниверситета Ольга Водянкина стала приглашенным редактором спецвыпуска «"Зеленые" материалы как мост от преобразования энергии и хранения энергии». Под таким названием в 2022 году опубликован специальный выпуск журнала Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry (Q1, Elsevier). Ведущие международные ученые и научные группы в области экологичных возобновляемых энергетических ресурсов сформировали обзоры передовых современных технологий и актуальных исследований в этой сфере. По итогам работы был составлен эдиториал (краткое описание миниобзоров) под авторством Ольги Водянкиной и ее итальянской коллеги Леонарды Франчески Лиотта.
В последнее время ученые уделяют большое внимание разработке новых систем преобразования и хранения энергии – это позволяет решать такие глобальные проблемы, как ограниченное количество ископаемых источников топлива и нанесение ущерба экологии в процессе его производства и использования. В связи с этим электрохимические энергетические технологии – такие как перезаряжаемые батареи, топливные элементы, солнечные элементы и суперконденсаторы – были признаны наиболее эффективными из различных систем хранения энергии.
Заведующая кафедрой физической и коллоидной химии химического факультета ТГУ Ольга Водянкина и ее итальянская коллега Леонарда Франческа Лиотта были приглашены главным редактором журнала Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, чтобы сформировать цикл обзоров в области «зеленой» энергии. В свою очередь, приглашенные Ольгой Водянкиной и Леонардой Франческой Лиотта ведущие исследователи и международные научные коллективы из России, Европы, США и других стран составили краткие резюме о наиболее актуальных технологиях. На их основе и был написан эдиториал – это редакторская статья, содержание с краткой передачей мнений и оценок по какой-либо актуальной теме. В общей сложности вся эта работа длилась почти год.
– Сборник статей внес существенный вклад в анализ современных научных достижений в области использования «зеленых» материалов для генерации, преобразования и хранения энергии. В ближайшем будущем должны быть созданы новые материалы, процессы и технологии и потребуется большая гибкость, чтобы максимизировать экономические и технологические преимущества «зеленых» решений. Таким образом, роль «зеленых» материалов нуждается в дальнейшей поддержке, чтобы облегчить переход от идей к реальным индустриальным возможностям. В этом смысле исследовательское и промышленное сообщество держит ключ к будущему следующих поколений, – резюмировали в эдиториале его авторы.
Дефицит энергии и загрязнение окружающей среды стали двумя основными проблемами современной экономики. Разработка устойчивых, возобновляемых и низкоуглеродных энергетических решений вместо традиционных источников, таких, как уголь, нефть, природный газ, станет ключом к решению этих двух серьезных проблем.
Многообещающим альтернативным источником энергии является солнечный свет. Его можно использовать для производства электричества и так называемого «солнечного топлива» в устройствах различного назначения. В частности, фотоэлектрические панели могут преобразовать солнечный свет в полезную электроэнергию, а фотокаталитические и фотоэлектрохимические элементы с помощью электромагнитного солнечного излучения способны разложить молекулы воды на водород и кислород. Полученный таким образом водород называют «зеленым» водородом. Водород – идеальный источник энергии с экологической точки зрения, и разработка эффективных технологий производства H2 без углеродных выбросов – актуальная задача ближайшего будущего.
Этой теме было посвящено сразу несколько обзоров, один из их вышел с участием профессора Токайского университета Сергея Кулинича (Киото, Япония).
– В обзоре профессор Кулинич с соавторами рассматривает возможное решение проблемы производства водорода путем разработки и подготовки новых, революционных материалов для различных процессов расщепления воды. Отдельное внимание в обзоре уделяется уникальному методу высокоэнергетической лазерной абляции, посредством которого можно синтезировать уникальные фотокатализаторы. Один из наиболее интересных современных подходов для получения водорода заключается в фотокаталитическом разложении не только воды, но вообще органических соединений, в том числе органических загрязнителей. Например, мы обрабатываем воду, содержащую нежелательные органические примеси, они при этом деградируют – а мы получаем водород, – рассказывает Ольга Водянкина.
Еще один из обзоров, опубликованный Anthony Camus с соавторами – специалистами инженерной школы Polytechnique Montréal Университета Монреаля (Квебек, Канада), касается транзисторов высокого разрешения, в частности, органических полупроводников и электронных устройств, напечатанных на 3D-принтере. В статьях, послуживших материалом для обзора, в частности, оценены потенциал и конкурентоспособность биоматериалов и методов печати.
Как показали эксперименты, 3D-печать хорошо подходит для органической фотогальваники и органических солнечных элементов. Современный технологический мир не так уж далек от интеграции технологии 3D-печати в производство устройств для «интернета вещей» (IoTs) и небольших устройств (например, транзисторов). Однако несмотря на огромные работы, проделанные как в 3D-полиграфии, так и в технологии органических полупроводниковых материалов, печать устойчивых электронных девайсов пока находится в самом начале развития. Упор в обзоре делался на конкретные аспекты,например, пропускную способность производства, разрешение и производительность устройства, чтобы продемонстрировать задачи, которые должны выполнить исследователи для воплощения печати электронных устройств в производственной реальности.
– Хочется поблагодарить наших авторов и рецензентов – практически все, кто дал первичной согласие принять участие в этой работе, довели ее до конца, – отмечает Ольга Водянкина. – Надо сказать, что международные научные коллективы выполнили очень непростую задачу: такие обзоры ограничены по объему, то есть надо кратко – в две тысячи слов, но при этом с интересной подачей – провести анализ наиболее значимых оригинальных статей. При этом статьи должны быть свежие, опубликованные в последние два года. Радует, что все задуманное у нас получилось.
Профессор Ольга Владимировна Водянкина – заведующая кафедрой физической и коллоидной химии ХФ ТГУ. В 2010 году получила ученое звание профессора кафедры. Ее исследования связаны с разработкой катализаторов для селективного окисления органических соединений, энергетики и экологических приложений. Она является соавтором более 120 публикаций в рецензируемых международных журналах, 1 главы в монографии и 17 патентов. Исследовательская лаборатория Ольги Водянкиной занимается разработкой новых каталитических материалов на основе наночастиц металлов, пористых координационных полимеров, сложных оксидных материалов для окисления молекул биоплатформ, фотокатализа и экологических процессов.
Проекты, реализуемые в настоящее время:
– 2021-2023 гг. – международный проект «Разработка активных катализаторов на основе Ag-Pt, нанесенных на Y-модифицированные Ce и Ce-Mn оксидные носители, для обезвреживания выхлопных газов дизельных двигателей» в рамках государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации», подпрограммы 4 «Формирование и реализация комплексных научно-технических программ по приоритетам Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» (соглашение № 075-15-2021-1388 от 13.10.2021 г.);
– 2019-2022 г.г. – проект РНФ «Новые катализаторы и каталитические процессы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, в том числе процессы переработки биовозобновляемого сырья и процессы обезвреживания выбросов химических производств и энергетики» в рамках Президентской программы поддержки ведущих ученых и развития лабораторий мирового уровня, соглашение № 19-73-30026.