http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=6913b9f5-ba4c-481f-af10-93e261907fad&print=1
© 2024 Российская академия наук

Встреча на мосту

Среди важнейших событий, произошедших в последнее время в жизни Института физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина (ИФХЭ) РАН, самые значительные, безусловно, это XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии и V Международная конференция по порфиринам и фталоцианинам.

ИФХЭ был организатором этих представительных форумов, и на обоих пленарные доклады делал директор института, ученый с мировым именем, автор около 400 научных работ и 39 патентов, лауреат государственных и других престижных премий, академик Аслан Цивадзе. Он, в частности, осветил положение дел с наноматериалами для молекулярной электроники и электрохимической энергетики. Выступления директора ИФХЭ вызвали большой интерес у отечественных и зарубежных участников. Известный французский ученый Жан Пьер Саваж (его считают отцом молекулярных машин и устройств) высоко оценил сообщение А.Цивадзе о перспективах получения материалов на основе порфиринов. Он с большим интересом ознакомился с его стратегией создания наноматериалов для различных областей науки и техники.Нобелевский лауреат Жан-Мари Лен говорил о перспективах развития супрамолекулярной химии. Возглавляемый им институт во французском Страсбурге активно сотрудничает с ИФХЭ РАН (для чего они образовали совместную лабораторию), занимающим лидирующие позиции в мире в этой области. Выдающийся ученый подчеркнул: физическая химия играет роль моста, соединяющего изыскания химиков-синтетиков и физиков. В содружестве с технологами они создают новые структуры и материалы. И именно в работах Института физической химии и электрохимии (а нобелевский лауреат знает их очень хорошо) отдача видна особенно четко. В результате синтеза отечественные ученые получили новый класс соединений, обладающих уникальными электрофизическими и оптическими свойствами. О возможностях и применении этих материалов рассказывает директор института Аслан ­Цивадзе.

- Сначала представлю соединения, которые нам удалось синтезировать, - говорит Аслан Юсупович. - Главные среди них - краунзамещенные порфирины и фталоцианины. Порфирины - это большой класс органических веществ, они играют важную роль в жизнедеятельности человека. Например, всем известный хлорофилл совмещает магний с производными порфирина. Гемоглобин сочетает в себе железо с другим его производным. Известный витамин B12 также содержит порфирин. У этого разнопланового и оригинального соединения есть синтетические аналоги - фталоцианины, обладающие уникальными электрофизическими и оптическими свойствами. Их используют в различных областях: электронике, энергетике, медицине - в качестве реагентов при диагностике и лечении рака и даже в строительстве.

Взяв за основу эти чрезвычайно эффективные соединения, наши ученые разработали синтетические краунзамещенные порфирины. На их основе можно создавать новые, более эффективные по сравнению с существующими светодиоды, преобразователи солнечной энергии, сенсоры, элементы памяти, фоторефрактивные материалы, препараты для диагностики и лечения рака и других заболеваний и т.д.

Эти твердые химические соединения имеют такую стойкую яркую окраску, что их можно применять в качестве пигментов, добавляя в краски. Ценнейшее свойство этих синтезированных структур - способность одновременно поглощать и излучать свет - используется в электронике при изготовлении многоцветных дисплеев, цифровых систем для записи и хранения информации, а также особых электрохромных материалов. Под воздействием лазерного излучения в красной области эти вещества способны генерировать синглетный кислород, убивающий раковые клетки. С их помощью можно разделить лазерный луч, как это требуется для работы томографов.

Из этих экзотических синтезированных соединений получают чрезвычайно ценные, разнообразные материалы и пленки. (Для этого, например, крупицы размером в 10-100 нанометров наносят на электрод). Благодаря уникальным покрытиям традиционные приборы можно превратить в миниатюрные гибкие пластинки наподобие пластиковых банковских карт, сделать более долговечные, эффективные аккумуляторы, батареи, лампы накаливания и светодиоды. Известно: КПД обычных светодиодов всего 5%, а созданных на основе наших соединений - 95%. Их можно использовать и в нелинейной оптике для записи голограмм. Возможности, как видите, огромные.

Новые синтезированные материалы находят применение при разработке топливных элементов - портативных батареек и крупных энергетических установок. Они необходимы всюду и везде: и в космосе, и в автомобилях. Проблема в том, что в настоящее время для работы топливных элементов используют платиновые катализаторы - их “доля” составляет 30% стоимости топливного элемента. Используя различные производные порфиринатов металлов, наши электрохимики разработали целую гамму нанокатализаторов: в одних платины стало значительно меньше, в других ее нет вовсе. По своим характеристикам они не уступают традиционным устройствам, а стоят минимум в пять раз меньше.

Еще пример. Технический водород обычно получают с помощью очень дорогого метода электролиза и энергозатратного оборудования (да и перево­зить водород в баллонах - целая проблема). А на основе новых синтезированных соединений мы разработали водородный картридж. Его используют при получении водорода, работы топливного элемента. Теперь одно миниатюрное, малозатратное, портативное энергетическое устройство способно освещать средних размеров дом.

В мире всего четыре группы ученых работают в этой области. Они также произвели синтез этих важнейших соединений, но наш метод зарекомендовал себя как наиболее эффективный. Его важное достоинство в объемах получаемых соединений и скорости процесса.

- Но сложнейшие реакции и синтез, видимо, невозможны без суперсовременных аналитических приборов?

- Верно. Думаю, не будет преувеличением сказать, что высочайший уровень исследований, которые ведут сотрудники нашего института, как магнитом “притягивает” компании, производящие супераппаратуру. Они знают, что мы получаем новые химические соединения, определяем их чистоту, состав, структуру и нам необходимо самое совершенное оборудование. В частности, спектроскопические приборы - электронные, инфракрасные, другие спектрометры. Их характеристики постоянно совершенствуются, точность повышается - потому и стоят они дорого.

Среди компаний, разрабатывающих и поставляющих технику экстра-класса, наилучшим образом зарекомендовала себя известная немецкая фирма “Брукер”. Мы давно сотрудничаем с ней и приобрели у нее масс-спектрометр, позволяющий определять массы молекул в синтезируемых нами соединениях, спектрометр комбинационного рассеяния, еще несколько сложных аналитических приборов. А недавно “Брукер” поставил нам единственный в своем роде суперприбор - ЯМР-спектрометр высокого разрешения для изу­чения твердых тел. Мы сразу сделали рывок в исследовании и понимании разнообразных молекулярных структур, их физических, электрофизических и оптических свойств. И теперь очень точно определяем “суть” вещества. Без преувеличения благодаря этой технике наш институт укрепит лидирующее положение в мире. Иностранные коллеги знают, что мы применяем самые совершенные химические и физические методы исследования, проводим детальный анализ электронной и молекулярной структуры соединений и определяем их свойства.

- Как академический институт силой мысли “притянул” супераппаратуру, понять еще можно. Но как решил финансовую проблему ценой в миллионы евро?

- Когда в 2002 году я возглавил институт, у нас практически не было современной аппаратуры. Конечно, в одиночку мы не осилили бы ее покупку. Но сегодня нам помогают. Скажем, масс-спектрометр и целый комплекс для тестирования топливных элементов нам приобрела Новая энергетическая компания, связанная с “Норильским никелем”. Ведь мы выполняли для него исследования (я говорил уже о замене платины в катализаторах), и он был кровно заинтересован в результате. Часть приборов нам предоставила РАН. Институт также участвует в целом ряде специальных проектов федерального уровня - еще одна возможность получить современное оборудование.

- А есть ли кому работать на такой совершенной аппаратуре?

- Считаю, проблему молодых кадров нам решать удается, и прорывные наши исследования лучшее тому подтверждение. В институте сохранились ученые экстра-класса - “старая гвардия”, к которой мы “прикрепили” молодежь. Когда я стал директором, у нас было всего 17 аспирантов, сегодня больше 100. Это результат принятых нами мер. Количество молодых сотрудников увеличилось в разы. И они от нас не уходят - вот, что главное. Скажу больше: их и заграница не особенно прельщает. По контракту они работают, например, во Франции, там им предлагают остаться на больший срок, но они возвращаются - здесь им лучше. Возможно, потому, что молодые сотрудники финансово обеспечены совсем неплохо: у многих из них по нескольку весьма “весомых” грантов. Не меньшее значение имеют условия работы: наличие современной аппаратуры, высококвалифицированных кадров, у которых есть чему научиться, и творческой атмосферы.

- В нынешнем году институту исполняется 80 лет. Казалось бы, за это время вы уже всего достигли?

- Не забывайте вечное правило: чем больше удается решить задач, тем больше возникает новых. Это характерная особенность науки. Мы двигаемся вперед. В частности, недавно ИФХЭ выиграл два гранта региональных конкурсов Франции. По одному из них мы создали совместную лабораторию с нобелевским лауреатом Жан-Мари Леном и занимаемся получением материалов с заданными свойствами. И в то же время сконцентрировались на чисто практических задачах - переработке бытовых отходов. Разрабатываем технологии превращения их в эффективные химические вещества и модифицированные полимерные материалы. Скажем, древесные опилки преобразуем в жидкое высокооктановое топливо, битум - в высококачественные нефтепродукты. Конечно, нам потребуются и новые молодые кадры, и новое оборудование. Кризис, правда, несколько тормозит наши планы, но кончится же он когда-нибудь! И мы тут же предложим эффективные технологии и материалы, которые сразу же будут востребованы.