ИФХЭ РАН

Открыл конференцию приветственным словом директор ИФХЭ РАН, чл.-корр. РАН Буряк Алексей Константинович: «Приятно приветствовать всех коллег, кто смог принять участие в работе конференции, которая проходит уже не в первый раз. И нам приятно, что в память о Юрии Михайловиче Полукарове – неоспоримом авторитете в области электрохимии осаждения металлов – представлено много интересных и актуальных докладов на темы физикохимии металлических композиций, электрохимии нанокластерных систем, гальванического формирования сплавов и композиционных материалов», – и пожелал участникам подробного и плодотворного обсуждения.

Пленарную сессию открыл докладом о Юрии Михайловиче Полукарове ведущий научный сотрудник лаборатории строения поверхностных слоёв ИФХЭ РАН, д.х.н., профессор Юлий Давидович Гамбург, один из тех, кто учился и долго проработал с Ю.М. Полукаровым и может много о нём рассказать как о большом специалисте, теоретике и экспериментаторе: «Родился Юрий Михайлович на Урале, в Перми, в семье профессора Пермского университета. По материнской линии семья происходила из очень старого пермского поколения мастеровых». В докладе Юлий Давидович отметил, что на протяжении нескольких десятилетий Ю.М. Полукаров задавал новые направления исследований в электрохимической области осаждения сплавов и способствовал внедрению передовых идей в практику. «Ю.М. Полукаров стал одним из первых специалистов по электронной микроскопии. Его подход к научным учёным и задачам отличался аналитическим подходом к деталям и смелостью в выдвижении новых идей, что сделало возможным открытие уникальных свойств электрохимических сплавов», – рассказал Юлий Давидович. Работы Ю.М. Полукарова не только обогатили теоретическую базу, но и нашли широкое применение в промышленной практике.

Алексей Константинович акцентировал внимание на том, что хроматографические и масс-спектрометрические методы выступают в качестве незаменимых инструментов в исследовании сложных систем и позволяют выявить скрытые закономерности взаимодействия веществ на молекулярном уровне и оценить энергетику процессов: «Поверхность – очень сложный объект. На поверхности можно обнаружить кластеры, наноразмерные частицы, слои и покрытия. Около ста масс-спектрометрических методов могут исследовать поверхность, но мы выбрали крайние методы, которые наиболее эффективны и взаимодополняющие. Масс-спектрометрия позволяет определить и оценить энергетику процессов с использованием молекулярных расчётов, а хромато-масс-спектрометрия – идентифицировать соединения не только по временам удерживания, но и сравнивая масс-спектр пика определяемого вещества с библиотечным. Эти методы могут быть привлекательными для исследований экологических процессов трансформации ингибиторов коррозии и потенциальных накоплений токсичных продуктов. Лазерная десорбция-ионизация позволяет более детально изучить поверхность, обеспечивая более чистый спектр при послойном анализе каталитически активных соединений. При исследововании белков и биомолекул позволяет видеть органические и неорганические соединения в одном и том же спектре, а также увидеть промежуточные продукты. Тандемная масс-спектрометрия, в свою очередь, поможет определить компоненты технологической жидкости».

Алексей Константинович представил результаты недавних исследований, в которых были использованы эти методы для анализа поверхности разнообразных катализаторов с целью дальнейшего возможного применения в материаловедении и других областях химии. В завершение Алексей Константинович отметил: «Мы стремимся конкурировать с электронной микроскопией, обладая важным преимуществом: масс-спектрометрия в каждом спектре раскрывает молекулярный ион, тогда как электронная показывает фотографию молекулы только в уникальном случае».

В докладе профессора РХТУ им. Менделеева, д.т.н. Ваграмяна Тиграна Ашотовича были рассмотрены современные и перспективные направления развития в области технологий бесхроматной пассивации чёрных и цветных металлов. Один из ключевых аспектов, обсуждаемых в докладе, – это поиск безопасных и эффективных альтернатив традиционным хроматным методам. 

«С целью замены широко применяемых в настоящее время токсичных процессов пассивации чёрных и цветных металлов в растворах на основе шестивалентного хрома в настоящее время в мировой практике предлагаются альтернативные процессы бесхроматной пассивации в органических растворах, основанных на соединениях титана, циркония, молибдена, ванадия, кремния, редкоземельных металлов и др. На кафедре инновационных материалов и защиты от коррозии разработаны процессы пассивации цинковых покрытий в растворах, не содержащих ионов хрома(VI), таких, как процессы осаждения Ti-, Zr-, Si-, Mo-, Ce- или La-содержащих покрытий. Наряду с этим церийсодержащие покрытия, как и хроматные, обладают способностью к самозалечиванию, но, в отличие от них, выдерживают воздействие высоких температур без ухудшения характеристик», – рассказал Тигран Ашотович.

«В частности, с помощью таких измерений удалось решить одну важную практическую задачу, связанную с тем, что в своё время появились исследования, как раз на заре магнитно-резонансной томографии, которые говорили о том, что если люди очень часто используют эти исследовательские методы в медицинских целях с контрастными веществами на основе ионов гадолиния в комплексе с некими хелаторами, то у них развиваются тяжёлые поражения иммунной системы и почек, потому что как раз в них идёт активный процесс фильтрации. Соответственно, понятно, что, такие вещества скорее всего, обладают какой-то токсичностью. Но возникает вопрос: в чём она проявляется, как с ней бороться? И, соответственно, можно ли тогда такое контрастное вещество вообще применять, тем более что альтернативы пока нет? Оказалось, что как раз электрохимические подходы позволили прояснить эти процессы», – сказал Олег Батищев.

«При измерении поверхностных граничных потенциалов на мембранах с контрастными веществами, содержащими гадолиний, мы наблюдаем различия в их поведении и, соответственно, в формах кривых. При этом происходит изменение упаковки, что можно видеть по измерениям изотерм сжатия. Проекция диполей липидных молекул меняется: добавление катионов гадолиния к анионным липидам вызывает мгновенный переход системы в твёрдое состояние. Это фазовый переход: гель-жидкий кристалл пропадает, и мембрана становится твёрдой. Да, тогда есть вопрос: как это влияет на клетки? В наших почках имеются механочувствительные каналы, которые реагируют на натяжение мембраны, возникающее при изменениях осмотического давления. И если происходит перепад осмотического давления, мембрана может просто раздуться и порваться, да, чтобы этого не произошло, есть специальные белковые каналы, которые чувствуют натяжение на мембране, открываются и выравнивают дисбаланс осмотического давления, защищая мембрану от разрушения», – дополнил Олег Батищев.

«Теперь получается, что мы знаем ещё и область, которая должна как-то влиять на самоорганизацию белка. Мы уже очень хорошо определили ту мишень, которую можно использовать для поиска противовирусных лекарственных препаратов. То есть фактически получается, что и в таких сложных системах, которыми являются вирусные белки, электрохимические методы позволяют достаточно хорошо предсказывать мишень для будущих лекарственных препаратов, чтобы уже с помощью методов компьютерного моделирования и биометрического поиска подбирать те или иные молекулы, ну и дальше уже по классической схеме проводить клинические исследования».

Во второй день конференции пленарную сессию открыл д.ф.-м.н., профессор РАН, директор ИВМиМГ СО РАН Михаил Александрович Марченко с онлайн-докладом о гибридных нейросетевых алгоритмах, предназначенных для решения задач химической кинетики: «Мы создаём гибридные решатели, где сочетаются классические вычислительные методы моделирования химической кинетики, а конкретно в газовых потоках, и нейросетевые решатели для распознавания структуры молекул и существенного, на несколько порядков, ускорения расчётов химической кинетики при реализации схемы расщепления реагирующих компонентов и при работе с большими базами данных»,  – рассказал М.А. Марченко.

В своём выступлении он подробно остановился на современных подходах и созданной, успешно применяемой на практике, платформе для обработки данных, в том числе для геномных данных, демонстрируя, как нейросетевые модели и решения по обработке и моделированию гибридных алгоритмов способны существенно повысить точность предсказаний в рамках кинетических исследований, включая анализ сложных реакций и предсказание свойств новых материалов. Отметил важность разработки и рассказал, что: «Применение новых архитектурных нейросетей идёт опережающими темпами по сравнению с обоснованием их работы. Это типично и для области суперкомпьютерных вычислений: темпы развития вычислительного оборудования опережают развитие математического и алгоритмического аппарата».

В качестве практического примера М.А. Марченко привёл хвойные экстракты для использования в качестве ингибиторов коррозии: «Исследования, встречающиеся в мировой практике и отражённые в обзорах статей, показывают, что в качестве потенциальных сырьевых компонентов для извлечения ингибирующих веществ выступают отходы различных региональных производств, либо растительные отходы, накапливающиеся после проведения сезонных мероприятий. В то же время существуют региональные и сезонные особенности накопления растительных отходов, которые можно исследовать на их способность ингибировать кислотную коррозию стали. В частности, довольно в крупных количествах остаётся хвоя и мелкие ветки при обработке древесины, и, в общем то, это та же немалая проблема по накоплению этих отходов».

В докладе рассмотрены условия защиты металлов в изолированных и герметичных системах, а также механизмы коррозии, инициируемой массо- и теплообменом; отмечены летучие ингибиторы коррозии, разработанные в ИФХЭ РАН, и примеры их практического применения. «Основной недостаток летучих ингибиторов коррозии – необходимость постоянной герметизации источника и защищаемого изделия. Преимущество камерных ингибиторов (КИН) состоит в кратковременной герметизации, обеспечивающей длительный антикоррозионный эффект. В соавторстве с коллегами нами выведены критерии взаимного влияния компонентов смесевых камерных ингибиторов, позволяющие диагностировать эффекты синергизма и антагонизма на основе данных о сроках полной защиты металлов. В качестве камерных ингибиторов могут выступать индивидуальные вещества и их смеси»,  – прокомментировал Н.Н. Андреев.

Лаборатория была представлена докладами, отражающими её достижения по результатам исследований как фундаментального, так и прикладного характера: о разработке новых электролитических и химико-каталитических покрытий на основе никеля, хрома, кобальта, их сплавов с тугоплавкими металлами — молибденом, вольфрамом, рением, а также композитах на их основе, о различных функциональных свойствах таких покрытий, кинетике и механизме их осаждения, электрохимическом формировании металлических осадков из электролитов на основе глубоких эвтектических растворителей и ионных жидкостей, механизмах структурно-чувствительных реакций на монокристаллических и наноструктурированных поверхностях, их электрокаталитических, супергидрофобных и др. свойствах, а также методах их исследования. Эти исследования подчеркивают широкий спектр тем, над которыми сейчас работает лаборатория.