Создание фотоактивных материалов для преобразования солнечной энергии в высокоэнергетические химические продукты (топливо) и очистки окружающей среды от загрязнений являются приоритетными направлениями развития науки и технологий в Российской Федерации (приоритеты: Индустрия наносистем; Рациональное природопользование; Энергоэффективность). Одним из перспективных направлений получения водорода и других видов экологически чистого топлива является фотокаталитическое и фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии в «солнечное топливо». Фотохимическое преобразование Н2О и СО2 за счет энергии солнечного света является одним из экологически чистых методов производства водорода, метана, метанола, этилена и т.д [Jeong Yeon Do, Younghwan Im, Byeong Sub Kwak, Ju-Yong Kim, Misook Kang Dramatic CO2 photoreduction with H2O vapors for CH4 production using the TiO2 (bottom)/Fe–TiO2 (top) double-layered films. Chemical Engineering Journal 275 (2015) 288–297.]. Кроме того, фиксация углекислого газа из атмосферы способствует уменьшению концентрации парникового газа. Таким образом, создание материалов и систем для эффективного преобразования солнечной энергии в солнечное топливо является несомненно актуальной проблемой, на решение которой направлен предлагаемый проект. Научная значимость решаемой в проекте проблемы заключается в том, что на сегодняшний день эффективность процессов фото(электро)химического преобразования СО2 и Н2О в органические продукты и водород остается достаточно низкой вследствие низкой активности монокомпонентных фотоактивных материалов под действием света, соответствующего спектральному диапазону солнечного излучения у поверхности Земли. В то же время, создание гетероструктур и нанокомпозитов определенного типа позволяет использовать при их формировании более узкозонные полупроводниковые материалы, эффективно поглощающие значительную часть солнечного света. Комбинируя узкозонные материалы в гетероструктуры, можно получить фотоактивные структуры и системы с целевыми оптическими, электронными и химическими свойствами, требуемыми для фотохимической конверсии солнечного света в «солнечное топливо». Формирование гетероструктурных систем, способных эффективно реализовывать аддитивное двух-фотонное поглощение видимого света с достижением необходимого уровня возбуждения для реализации эндотермических химических процессов искусственного фотосинтеза и снижать рекомбинационные потери возбужденных состояний за счет пространственного разделения носителей заряда в гетеропереходах, является перспективным подходом для решения задачи эффективного преобразования солнечной энергии в «солнечное топливо». Отличительной особенностью предлагаемого проекта является создание интегрированной системы преобразования солнечной энергии для одновременной реализации процессов фотодеградации загрязнений и фотосинтеза высокоэнергетических химических продуктов. Развитие данной технологии позволит увеличить эффективность каждого их целевых процессов и удвоить функциональность систем фотохимического преобразования солнечной энергии. Таким образом, научная проблема создания фотоактивных материалов, активно работающих под действием видимого света, на основе полупроводниковых гетероструктур и нанокомпозитов для повышения эффективности процесса фотоэлектролиза воды с получением водорода и фотовосстановления углекислого газа до простых органических соединений с одновременным удалением органических загрязнений является значимой и актуальной.