ИФХЭ РАН

Формирование и развитие основных направлений исследований

В 2009 году Институту физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук исполнилось 80 лет.

Предлагаем вашему вниманию краткие сведения (опубликованные в ежемесячном научном журнале "История науки и техники", № 11, 2009) о насыщенной событиями истории института и подробные описания творческого пути ученых, которые явились основоположниками научных направлений, школ, ставших традиционными для нашего института.

Подробнее: Формирование и развитие основных направлений исследований

1В 2015 году Институту физической химии Российской академии наук, имеющему теперь название Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН, исполнилось 70 лет.

Сегодня институт является одним из ведущих химических институтов Российской академии наук. Он насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук.

Проводимые в Институте фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие основные научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия.

Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Кроме того, институт располагает комплексом установок ионизирующих излучений, установками для проведения ускоренных коррозионных испытаний, собственными коррозионными станциями для натурных климатических испытаний в Москве, Звенигороде, Мурманске, Владивостоке.

Институт играет заметную роль в координации фундаментальных и прикладных исследований в области своих основных научных направлений.

Сегодня в Институте базируются: Научный совет по физической химии Российской академии наук; редколлегии издаваемых Академией наук журналов: «Коллоидный журнал», «Электрохимия», «Физикохимия поверхности и защита металлов».

2Институт является головным в Академии наук по исследованию проблем коррозионного разрушения металлов и сплавов и противокоррозионной защиты.

Также на основе низкотемпературной газофазной кристаллизации разрабатываются жаропрочные, защитные и дугоэрозионностойкие покрытия на основе вольфрама и его сплавов для повышения работоспособности, повышения температурного предела, длительности, цикличности эксплуатации конкретных конструкций из углерод-углеродных композиционных материалов для ракетнокосмической техники.

Другой пример работы института в интересах ракетно-космической отрасли. Выяснен механизм образования и накопления осадков продуктов неполного сгорания топлива на поверхности международной космической станции. Объяснены причины образование осадков в «зарубашечном» пространстве жидкостных ракетных двигателей и отслоения жаростойких покрытий, вызывающие прогар двигателей. Предложен метод консервации топливных баков ракетоносителей, используемых для гражданских целей после снятия с боевого дежурства.

Принципиально новые решения защиты материалов возникают на стыке разных направлений исследования, развиваемых в институте. Классические работы института в области изучения поверхностных явлений, выполняемые в современных условиях на уровне нанохимии дают возможность разрабатывать принципиально новые материалы и технологии.

Примером этому могут служить разработанные в институте противокоррозионные нанокомпозитные супергидрофобные покрытия для конструкционных материалов из низкоуглеродистой стали. Эти покрытия предназначены для эффективного снижения скорости коррозионных процессов при эксплуатации металлических конструкций и сооружений на основе низкоуглеродистой стали в различных эксплуатационных условиях, в том числе в жидких электролитических средах.

3
Область применения супергидрофобных покрытий постоянно расширяется. Разработаны такие покрытия для полимерных электрических изоляторов высоковольтных линий электропередач. Противообледенительные покрытия для алюминия и его сплавов предназначены для снижения адгезии воды, снега и льда к поверхности алюминия и его сплавов и могут быть использованы для защиты проводов ЛЭП от накопления снега и льда в зимний период эксплуатации.

Совершенно в иной практической области нашла применение другая разработка нанохимии. В институте создан новый фильтрующий полимерный наноматериал для сорбции остаточной воды и механических примесей в углеводородных топливах (керосинах, бензинах, моторных маслах). При фильтрации и поглощении воды из очищаемых сред, гидрофильный материал фильтра из пористого поливинилформаля (ППВФ) может работать в процессе адсорбции, коагуляции и коалесценции. Основной отличительной особенностью материалов и фильтроэлементов из ППВФ является их многократная регенерация (после отмывки в воде и сушки в потоке теплого воздуха).

Росатом и ИФХЭ РАН создали промышленный метод “обезвреживания” радиоактивных отходов (РАО) – технологию выделения из отработанного ядерного топлива (ОЯТ) практически в чистом виде радиоактивного элемента америция, который затем планируется “сжигать” в ядерных реакторах на быстрых нейтронах.

В работающем в реакторе ядерном топливе накапливаются так называемые минорные актиниды — долгоживущие элементы америций, кюрий, нептуний. Они вносят главный вклад в высокую радиоактивность отходов переработки ОЯТ, поэтому надо создавать промышленные технологии их “обезвреживания”. Эффективно утилизировать минорные актиниды можно в реакторах на быстрых нейтронах. “Эксперимент проведен в рамках работ над проектом реакторов на быстрых нейтронах с целью дожигания америция в составе топливной композиции в реакторе.

В результате было выделено 14 г кюрия-244 и 65 г америция-241,243 высокой степени чистоты. Отмечается, что таким образом подтверждена возможность применения этой технологии в промышленности, а установка для отделения америция от кюрия легко масштабируется. Возможность “выжигания” америция в составе ядерного топлива, а также получение калифорния из кюрия, будет проверяться в реакторе БОР-60, работающем в Научно-исследовательском институте атомных реакторов (Димитровград).

Работы в области радиационной химии привели к разработке оригинального, не имеющий аналогов в мире, метода безотходной электронно-лучевой конверсии природного и попутного нефтяного газа. Получаемые продукты можно использовать как высококачественное жидкое топливо; как высококачественные антидетонационные добавки к бензинам; как корректирующие компоненты нефти: (для снижения вязкости, повышения объема, увеличения бензиновой фракции, повышения качества и количества прямогонного бензина). Метод пригоден для реализации в виде мобильных модулей непосредственно на месте добычи газа, а также на стационарных технологических площадках.

В ИФХЭ РАН разработаны литий-ионные аккумуляторы нового поколения с использованием тонкоплёночных кремниевых электродов. Такие аккумуляторы обладают существенно более высокой удельной энергоёмкостью, чем коммерческие изделия. В качестве альтернативы были разработаны литий-ионные аккумуляторы системы «феррофосфат-титанат лития», способные развивать рекордные мощности, близкие к мощности суперконденсаторов. Такие аккумуляторы предназначены для импульсных (стартовых) нагрузок, например, для использования в интеллектуальных электросетях (smart grids) и в комбинированных системах возобновляемой энергетики. Они способны выдерживать более 5000 циклов заряда-разряда.

4

Ведутся работы по созданию топливных элементов разной мощности для использования в полевых и стационарных условиях. Центральной частью любого топливного элемента является мембранно-электродный блок (МЭБ). В настоящее время Институт является единственной организацией, которая разработала МЭБ температурой 160 – 180 0С. Отличительной особенностью этого типа топливного элемента является то, что даже при высоких содержаниях СО в водородном топливе характеристики элемента снижаются незначительно.

Другая разработка электрохимиков нашла применение в медицине. Это электрохимически управляемый гемосорбер. Метод гемосорбции основан на поглощении сорбентами токсических веществ, находящихся в крови. Техническая простота исполнения гемосорбции способствует применению ее на догоспитальном этапе при отравлениях наиболее токсичными ядами – хлорированными углеводородами, фосфорорганическими соединениями или сразу несколькими токсикантами. Использование активированных углей в качестве сорбентов для гемосорбции приводит к нежелательным явлениям (уменьшению количества тромбоцитов в крови, гемолизу, потере значительных количеств белка и т.д.). Электрополимеризация пиррола на поверхности дешевых и доступных промышленных сортов активированных углей, придает им гемосовместимые свойства. Изготовлены специальные устройства для электрохимически управляемой гемосорбции.

Другой подход к малой энергетике демонстрирует разработанный в институте органический преобразователь солнечной энергии, по своим характеристикам не только не уступающий аналогичным зарубежным образцам, но и превосходящий их по отдельным параметрам. Он базируется на основе разработанной в Институте новой композиции.

Разработана концепция высокоэнергетических адсорбционных систем для аккумулирования технически важных газов – природного газа метана и водорода. Синтезированы новые микропористые адсорбенты высокой плотности и повышенной прочности, на основе металлорганических каркасных структур, активных углей, супрамолекулярных адсорбционных структур на основе модифицированных углеродных нанотрубок и графеновых слоистых структур «пучковой» самосборки. На основе этих материалов разработаны новые адсорбционные системы аккумулирования природного газа в целях хранения, транспортировки и применения в энергетических системах питания двигателей автомобилей с удельным объемом до 220-300 м3(нтд)/м3. Разработаны новые адсорбционные системы аккумулирования водорода с удельной плотностью до 6.2 % при давлениях до 22МПа.

Одним из новых направлений исследований института является разработка супрамолекулярных и наноразмерных систем для использования в современных высоких технологиях, электронике, сенсорике, медицине и т.д. Так, например, путем управляемой самоорганизации на твердой подложке специально синтезированных полифункциональных комплексов (молекул) создан принципиально новый тип молекулярных машин – «молекулярный мускул». Работа этих быстродействующих наноустройств основана на электрохимически инициируемом (редокс-управляемом) изменении линейного размера одномерных элементов за счет изменения размера металлоцентра в образующих их молекулах. Разработан уникальный молекулярный оптический переключатель «молекулярный хамелеон», обратимое переключение которого может быть осуществлено с помощью варьирования кислотности среды или катион-индуцированной супрамолекулярной сборки. Оптическое поглощение молекулярного хамелеона находится на границе видимой и ближней ИК-областей (680 – 1030 нм), диапазона света наиболее перспективного для создания новых телекоммуникационных устройств, фотопреобразователей и медицинских фотосенсибилизаторов.

Приведенные выше примеры...

Приведенные выше примеры лишь часть большого спектра разрабатываемых в институте материалов и технологий нового поколения, полученных на основе фундаментальных исследований в области физической химии. Успехи Института отмечены государственными и правительственными наградами и премиями, медалями и дипломами международных выставок.

Образование Института

История Института начинается в 1929 году, в г. Санкт-Петербурге (в то время г. Ленинграде). Академик В.А. Кистяковский, известный физикохимик, занимавшийся изучением комплексных коллоидно-электрохимических проблем, по поручению Президиума АН СССР организовал при Академии наук Коллоидо-электрохимическую лабораторию (ЛАКЭ АН СССР). Образование лаборатории явилось следствием бурного развития исследований коллоидов химиками во всем мире. Штат Лаборатории начинался с 9 человек. Направлениями исследований были: дисперсные системы, электрохимия, пассивация и коррозия металлов.

В 1934 году, при переезде со всей Академией наук в Москву, Лаборатория получила статус Коллоидо-электрохимического института АН СССР (КЭИН). Первым директором Института стал академик В.А. Кистяковский, возглавлявший его до 1939 года.

В 1939 году Президиум АН СССР по просьбе В.А. Кистяковского освободил его от исполнения обязанностей директора Коллоидо-электрохимического института и назначил на эту должность академика А.Н.Фрумкина.

Академик В.А. Кистяковский

1865 -1952

В 1945 году Коллоидо-электрохимический институт был преобразован в Институт физической химии АН СССР. Академик А.Н. Фрумкин возглавлял его до 1949 года.

В 1957 году по инициативе А.Н. Фрумкина на базе Отдела электрохимии Института физической химии был организован Институт электрохимии АН СССР, который академик А.Н. Фрумкин возглавлял до конца жизни. После него Институтом электрохимии руководили академик В.Е. Казаринов (1977 - 1999 гг.), доктор химических наук Б.М. Графов (1999-2004 гг.). В 1983 году Институту электрохимии было присвоено имя А.Н. Фрумкина.

Академик А.Н. Фрумкин

1895 -1976

Член-корреспондент Г.В. Акимов возглавлял Институт физической химии с 1949 по 1953 год. 

Академик В.И. Спицын возглавлял Институт с 1953 по 1988 год.

Член-корреспондент РАН Ю.М. Полукаров возглавлял Институт с 1988 по 2002 год.

Член-корреспондент Г.В. Акимов

1901—1953

Академик В.И. Спицын

1902 - 1988

 

Член-корреспондент Ю.М. Полукаров

1927 г.р.




В 2005 г. по Постановлению Президиума РАН Институт физической химии реорганизован путем присоединения к нему Института электрохимии им. А.Н. Фрумкина и переименован в Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.

В августе 2008 г. по Постановлению Президиума РАН от 18 декабря 2007 года № 274 «О переименовании организаций, подведомственных Российской академии наук» Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук переименован в Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина.

С 2002 по 2016 год Лауреат Государственной премии и премии Правительства РФ академик А.Ю. Цивадзе возглавлял Институт с 2002 по 2016 год. В 2016 году назначен на должность научного руководителя института.

Академик А.Ю. Цивадзе

1943 г.р.

  В настоящее время (с 2016 года) Институтом руководит доктор химических наук, профессор А.К. Буряк.

Д.х.н., профессор А.К. Буряк

Мемориальный кабинет академика Александра Наумовича Фрумкинасоздан по инициативе дирекции Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук, образованного в 2005 г. путем присоединения Института электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН к Институту физической химии РАН. Создание Мемориального кабинета было поддержано Музейным советом РАН и Отделением химии и наук о материалах РАН. После официального открытия Мемориального кабинета он был внесен в реестр музейных объектов РАН.

В этом кабинете, в котором работали директора Института электрохимии, многое сохранилось таким, каким было при жизни А.Н. Фрумкина, в частности, мебель, настольный письменный прибор, пишущая машинка, на которой печатались все работы А.Н. Фрумкина, большая библиотека, практически полный комплект журнала «Электрохимия» (на русском и английском языках), организатором и первым главным редактором которого был А.Н. Фрумкин, материалы ряда конференций и совещаний, организованных А.Н. Фрумкиным.

К моменту создания Мемориального кабинета благодаря активности и настойчивости ученика и преемника академика В.Е. Казаринова (1933–1999), возглавлявшего Институт электрохимии в 1976–1999 гг., была проделана большая работа по увековечиванию памяти А.Н. Фрумкина. Регулярно (раз в 4-5 лет, начиная с 1979 г.) институтом стал проводиться Международный Фрумкинский симпозиум; в 1983 г. Институту электрохимии было присвоено имя А.Н. Фрумкина и на здании установлена мемориальная доска (фото 1); были изданы “Избранные труды” А.Н. Фрумкина в двух томах (1987-1988 гг.); подготовлена книга “Александр Наумович Фрумкин. Очерки. Воспоминания. Материалы”, изданная Академией наук СССР в серии «Ученые СССР»; в 2000 г. была учреждена международная премия – Фрумкинская памятная медаль Международного электрохимического общества. Кроме того, на химическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова кафедрой электрохимии, которую возглавлял Александр Наумович, ежегодно начали проводиться Фрумкинские чтения, собирающие большое количество слушателей. И симпозиум, и чтения, как правило, приурочиваются к дню рождения академика А.Н. Фрумкина.

Все это позволило достаточно быстро и плодотворно определить задачи работы Мемориального кабинета и организованного в институте согласно приказу директора Музейного совета. Сразу после решения о создании Мемориального кабинета академика А.Н. Фрумкина в нем появилось много новых материалов и экспонатов. Значительное количество интересных материалов поступили в дар Мемориальному кабинету от вдовы А.Н. Фрумкина профессора Эмилии Георгиевны Переваловой-Фрумкиной. Ряд книг и журналов были получены от сотрудников Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (Ю.А. Чизмаджева, Л.И. Кришталика, А.Д. Давыдова и др.). Бесценные фотоальбомы о пребывании А.Н. Фрумкина и его соратника Б.Н. Кабанова в Китае в 1958 г. подарены Т.Б. Кабановой. Фонды кабинета постоянно пополняются. Собраны практически полностью материалы всех Фрумкинских симпозиумов и Фрумкинских чтений, а также ряд других научных мероприятий, книги, написанные и изданные сотрудниками Института электрохимии, материалы об увековечивании памяти А.Н. Фрумкина. Собраны и хранятся в кабинете копии почти всех научных работ А.Н. Фрумкина и В.Е. Казаринова. Самой главной и ответственной задачей было оформление отвечающих традициям музейных объектов РАН демонстрационных стендов, содержание которых отражали бы жизненный путь академика А.Н. Фрумкина, его научное наследие, участие в научной и общественной жизни нашей страны и роль в развитии мировой электрохимической науки. Особое внимание предполагалось уделить ученикам, соратникам и последователям А.Н. Фрумкина – питомцам его всемирно признанной научной школы. В рамках выполнения этих задач была проведена большая научно-исследовательская работа по творческому наследию А.Н. Фрумкина, изучены архивные материалы, биографические данные и научные труды сотрудников и учеников А.Н. Фрумкина, подобраны и обработаны различные фотоматериалы. Была отреставрирована часть старых фотоматериалов, сделано много новых фотокопий и фотографий, отремонтированы и отреставрированы некоторые экспонаты. На основе собранных материалов смонтированы и оформлены несколько ключевых демонстрационных стендов и витрин. Темы основных темы стендов: «Научная школа академика А. Н. Фрумкина», «А.Н. Фрумкин и ученые мира», «Портреты А.Н. Фрумкина – художественное воплощение образа выдающегося ученого», «Почетные дипломы А.Н. Фрумкина», «Почетные, памятные и сувенирные медали, преподнесенные А.Н. Фрумкину», «Академик В.Е. Казаринов – один из ярких представителей научной школы А.Н. Фрумкина», «Наука и искусство неразделимы», «А.Н. Фрумкин, каким мы его помним».

Международный авторитетет А.Н. Фрумкина был очень высок. Демонстрирующиеся на стенде «А.Н. Фрумкин и ученые мира» (фото 2) фотографии свидетельствуют о тесных контактах А.Н. Фрумкина со многими известными учеными мира. Здесь можно увидеть лауреатов Нобелевской премии Я. Гейровского и супругов Ирен и Федерика Жолио-Кюри, патриархов научных обществ разных стран (США, Англии, Японии, Франции, Австрии, Польши, Венгрии, Китая, Болгарии и других стран) – Дж. Бокриса, Р. Парсонса, Д. Грэма, Ю. Хариути, М. Брайтера, И. Корыту и других. Особые отношения связывали А.Н. Фрумкина с Дж. Бокрисом, который называл А.Н. Фрумкина “Великим человеком” и неоднократно представлял кандидатуру Александра Наумовича на получение Нобелевской премии.

Мемориальном кабинете размещены несколько стендов, посвященных нестандартной теме «Наука и искусство неразделимы». Представленные на стенде экспонаты в той или иной мере связаны с произведениями живописного или прикладного искусства. На “художественно-научном” стенде демонстрируются фотографии изделий, выполненных умельцами производственных мастерских (механической, стеклодувной, электромонтажной) Института электрохимии АН СССР. Это сложные стеклянные ячейки для электрохимических и радиохимических исследований, а также прекрасно выполненные сотрудниками мастерских института художественные поделки – самовары, подсвечники, вазы для цветов, изготовленные из стекла.

Особый стенд посвящен академику Владимиру Евгеньевичу Казаринову, ученику А.Н. Фрумкина, заступившему в 1976 г. на пост директора Института электрохимии АН СССР после смерти своего учителя. Здесь приведены результаты его плодотворной работы в области теоретической электрохимии, автоматизации научных исследований, электрохимического метода детоксикации организма, а также его многосторонней организационной деятельности на посту директора Института электрохимии.

Мемориальный кабинет готовит также временные экспозиции, приуроченные к какому-либо научному событию. Так, к 18-му Менделеевскому съезду по общей и прикладной химии (2007 г.) был подготовлен стенд, содержание которого демонстрирует роль, которую играл Александр Наумович в работе Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева и организации Менделеевских съездов. На этом же стенде показаны работы А.Н. Фрумкина в области топливных элементов; тематика этого научного направления была предметом обсуждения на одной из секций съезда. К этому же мероприятию была приурочена подготовка и издание красочного проспекта-брошюры «Мемориальный кабинет академика А.Н. Фрумкина», который знакомит читателя с жизнью А.Н. Фрумкина и экспозицией Мемориального кабинета. В альманахе «Музеи Российской академии наук» регулярно печатаются статьи, посвященные А.Н. Фрумкину и его Мемориальному кабинету. Знакомство с материалами Мемориального кабинета академика А.Н. Фрумкина несомненно будет способствовать сохранению облика гражданина и ученого, внесшего огромный вклад в развитие самых различных областей физической химии.

Основной особенностью Мемориального кабинета стало его ежедневное и постоянное функционирование. В нем проводятся различные научные семинары, ежемесячные заседания редколлегии журнала «Электрохимия», основанного в 1964 г. А.Н. Фрумкиным, приемы иностранных гостей и т.д. Здесь же работает секретариат Научного совета РАН по электрохимии.

 

Мемориальный кабинет академика А.Н. Фрумкина расположен по адресу:
Москва, Ленинский проспект, 31, корп. 5
ИФХЭ РАН, корпус электрохимии.

Начата работа по составлению описи экспонатов, мебели и предметов для подготовки каталога, в сотрудничестве с кандидатом философских наук, сотрудником Государственной Третьяковской галереи Петруниной Л.Я.

История

История Института начинается за много лет до его формального рождения в 1945 году, когда он получил название «Институт физической химии». Фактически Институт родился 70 лет тому назад, когда он имел название «Коллоидо-электрохимический институт».

Первым его директором был академик В.А. Кистяковский – выдающийся ученый в области коллоидной химии, электрохимии и коррозионных процессов.

institute

Е ще раньше, до рождения Института, в 1929 году в Академии наук была организована Коллоидо-электрохимическая лаборатория. Организация этой лаборатории была поручена академику В.А. Кистяковскому. Он то и заложил базу, на которой вырос наш Институт.


В 1957 году Отдел электрохимии, руководимый академиком А.Н. Фрумкиным, выделился из состава Института и стал самостоятельным Институтом электрохимии Академии наук. В 2005 году история вернулась «на круги своя» и произошло воссоединение институтов Физической химии и Электрохимии.


В августе 2008 г. по Постановлению Президиума РАН от 18 декабря 2007 года № 274 «О переименовании организаций, подведомственных Российской академии наук» Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук переименован в Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина.


Сегодня Институт продолжает активно развиваться, реагируя на перемены, происходящие в науке в целом и в физической химии в первую очередь. Исследования в разных направлениях сегодня возглавляют академики Н.П. Алешин, И.П. Белецкая, Е.Н. Каблов, И.И. Моисеев, Б.Ф. Мясоедов, А.И. Русанов, П.Д. Саркисов, Ю.Д. Третьяков и А.Ю. Цивадзе, члены-корреспонденты РАН Л.Б. Бойнович, Б.Г. Ершов, Е.А. Гудилин, И.В. Мелихов, В.Г. Систер, И.Г. Тананаев, А.М. Чекмарев, Ю.А. Чизмаджев.