Руководитель работы: д.х.н. Андреев В.Н.

Авторы: Корчагин О.В., Трипачев О.В.

Разработана архитектура положительных электродов для источников тока (ИТ) Li-O₂ и Li-CO₂, что обеспечивает увеличение разрядной ёмкости при переходе от Li-O₂ к Li-CO₂ ИТ от 12500 до 16000 мАч/г.

Korchagin, O.V., Tripachev, O.V. Passivation of the positive electrode during the discharge of Li-O₂ and O₂-assisted Li-CO₂ batteries: A comparative study. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2024, 973, 118662. DOI: 10.1016/j.jelechem.2024.118662

Руководитель работы: зав. отделом, академик РАН, Кожевников В.Л.

Авторы: И.С. Гробовой, А.Ю. Сунцов, В.Л. Кожевников

Кислородная нестехиометрия и термодинамические свойства слоевых оксидов Sr₄Mn_2–xFe_1+xO_10–δ со структурой Раддлесдена-Поппера

На основании результатов экспериментальных исследований термодинамических свойств, построена модель дефектного строения слоевых оксидов Sr₄Mn_2–xFe_1+xO_10–δ и определены тепловые эффекты, сопровождающие процессы кислородного обмена. Для интерпретации экспериментальных данных впервые разработана статистико-термодинамическая модель, позволяющая учесть взаимосвязь наноразмерных неоднородностей структуры с вариациями кислородной нестехиометрии при изменениях температуры и давления кислорода в газовой фазе, и определить концентрационные зависимости парциальных термодинамических функций кислорода в Sr₄Mn_2–xFe_1+xO_10–δ, Рисунок 1.

Рисунок 1 – Сравнение  экспериментальных  и  расчетных  термодинамических  функций  кислорода  в  Sr₄Mn_2–xFe_1+xO_10–δ. На вставках показаны изменения химического потенциала кислорода с температурой.

Полученные результаты представляют интерес для развития сорбционных технологий очистки инертных газов от примесей кислорода и разработки новых методов термохимического хранения и преобразования тепловой энергии.

S. Grobovoy, A.Yu. Suntsov, V.L. Kozhevnikov, Unusually large oxygen non-stoichiometry and defect thermodynamics in Sr₄Mn_2–xFe_1+xO_10–δ Ruddlesden-Popper layered oxides, Acta Materialia 286 (2025) 120675.  DOI:10.1016/j.actamat.2024.120675

Авторы: Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М., Емельяненко К.А.

Рисунок 1 – Схема, иллюстрирующая принятую модель для решения задачи о распределении потенциала и напряженности электрического поля. Фото на врезке представляет эксперимент, качественно подтверждающий выводы, сделанные на основании теоретических расчетов

Впервые аналитически решена электростатическая задача о распределении электрического потенциала и напряженности электрического поля в слоистых материалах, содержащих слои диэлектриков и электролитов. На основе разработанного подхода получены уравнения для расчета избыточной свободной энергии и расклинивающего давления, связанного с растворением воды в пленках смазочных жидкостей. Результаты экспериментов и теоретических расчетов по полученным соотношениям свидетельствуют о гораздо большей устойчивости пленок смазывающих жидкостей на гидрофобизованных подложках по сравнению с гидрофильными. Полученные результаты доказывают предпочтительность использования гидрофобных основ (как проиллюстрировано на рисунке 1) для изготовления долговечных скользких покрытий, характеризующихся лучшим сохранением скользких функциональных свойств в условиях истощения смазочного материала и длительного контакта с водой.

Ludmila B. Boinovich, Alexandre M. Emelyanenko, Kirill A. Emelyanenko, Effect of Water Adsorption on Lubricating Film Stability in Slippery Coatings. Langmuir. 2024, 40, 3, 1633–1645.  DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c02524

Руководитель: зав. лабораторией структурно-морфологических исследований, к.х.н. Шапагин А.В.

Авторы: д.х.н., проф., ак. РАЕН Чалых А.Е.

Надмолекулярная структура эпоксидных олигомеров

Рисунок 1 – Схематическое изображение надмолекулярной структуры расплава эпоксидного олигомера

В рамках развития фундаментальных представлений с целью практического применения при разработке многокомпонентных связующих полимерных композиционных материалов проведен анализ надмолекулярной организации расплавов и растворов эпоксидных олигомеров. В основу анализа особенностей структурообразования положено общения результатов экспериментальных методов исследования вязкости, ДСК, электронной микроскопии, ЯМР-спинового эха, рентгеноструктурного анализа, краевых углов смачивания, лазерной микроинтерференции, атомно-силовой микроскопии, а также динамического рассеяния света. В рамках термофлуктуационного подхода дана качественная оценка структурных элементов, образующих макроскопическое полимерное тело, и представлены прямые морфологические доказательства их строения, термодинамической устойчивости, эволюции размеров при изменении температуры и упруго-деформационных эффектов. Разработан математический аппарат для описания разрушения доменов в растворах и расплавах олигомеров. Высказано предположение о формировании в расплавах олигомеров структуры типа «мерцающих кластеров» элементов свободного объема (рисунок 1).

Chalykh A.E. Supramolecular structure of epoxy oligomers. polymer engineering and science // Polymer Engineering and Science. – 2024. – Vol. 64, No. 11. – P. 5289–5303.  DOI: 10.1002/pen.26942

Руководитель работы: академик РАН Горбунова Ю.Г., академик РАН Цивадзе А.Ю.

Авторы: Бунин Д.А., Акасов Р.А., Мартынов А.Г., Степанова М.П., Монич С.В., Цивадзе А.Ю., Горбунова Ю.Г.

Новая парадигма в разработке фотоактивных препаратов для лечения онкологических заболеваний

Рисунок 1 – Общая структурная формула полученных фотосенсибилизаторов и механизм их фотодинамического действия

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — инновационный метод лечения онкологических заболеваний, основанный на накоплении нетоксичных красителей–фотосенсибилизаторов в патологических клетках и их последующей активации светом, в результате чего образуются приводящие к гибели клеток активные формы кислорода. Одним из основных ограничений при разработке и использовании фотосенсибилизаторов для ФДТ является агрегация их молекул в водных средах. Для того, чтобы исследовать влияние агрегации на их фотодинамическую активность, на основе известных красителей — фталоцианинов была синтезирована серия новых фотосенсибилизаторов – как агрегирующих, так и не агрегирующих в водных растворах. Для исследования активности полученных фталоцианинов был разработан комплексный подход, включающий фотофизические и фотохимические исследования в водном буферном растворе, в растворах, содержащих белки сыворотки крови, и в живых клетках. При этом оказалось, что эффективность фотосенсибилизаторов в меньшей степени определяется их химическим строением, и в большей степени зависит от взаимодействия с биологическим окружением. Так, связывание с белками приводит к разрушению агрегатов с высвобождением фотоактивных мономерных форм (Рисунок 1), обладающих высокой световой токсичностью по отношению к опухолевым клеткам аденокарциномы молочной железы, на несколько порядков превосходящей показатели клинически одобренных фотосенсибилизаторов.

Таким образом, учет взаимодействия фотосенсибилизаторов с биологическим окружением позволит расширить понимание механизмов действия фотосенсибилизаторов на основе фталоцианинов для создания новых препаратов для фотодинамической терапии.

Bunin D.A., Akasov R.A., Martynov A.G., Stepanova M.P., Monich S. V, Tsivadze A.Y., Gorbunova Y.G. Pivotal Role of the Intracellular Microenvironment in the High Photodynamic Activity of Cationic Phthalocyanines // J. Med. Chem. – 2025. – Vol. 68. – № 1. – P. 658–673.  DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c02451

Руководитель работы: в.н.с., д.х.н., профессор РАН, Калинина М.А.

Авторы: Звягина А.И., Ширяева О.А., Афонюшкина Е.Ю., Капитанова О.О., Аверин А.А., Кормщиков И.Д., Мартынов А.Г., Горбунова Ю.Г., Веселова И.А., Калинина М.А.

Фотоактивный наносенсор для определения токсичных соединений в водных средах методом гигантского комбинационного рассеяния

Разработан новый тип сенсоров для определения органических соединений в сверхнизких концентрациях в водных пробах. Принцип работы сенсоров основан на окислении анализируемых веществ под действием света, в результате чего они становятся «видимыми» для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния – сверхчувствительного метода анализа, способного определять единичные молекулы. Сенсор представляет собой чип-фотокатализатор (Рисунок 1), способный за счет поглощенного света превращать молекулы кислорода из окружающей среды в сильный окислитель – синглетный кислород. Водную пробу с добавленными для усиления сигнала наночастицами серебра сначала окисляют на поверхности чипа, а затем анализируют спектрально. Простота и скорость анализа, занимающего всего несколько минут, обеспечиваются материалом чипа. Это очень тонкая пленка толщиной 2 нм, состоящая из синтетического красителя фталоцианината цинка, отвечающего за поглощение света и активацию кислорода, и оксида графена, который удерживает фталоцианин на чипе и защищает его от саморазрушения, забирая излишки энергии. Запуск окисления с помощью света позволяет избежать добавления соединений-активаторов, присутствие которых осложнило бы анализ.
Разработанная сенсорная система решает проблему анализа продуктов питания, косметических и лекарственных средств на содержание низких концентраций высокотоксичных соединений или веществ, причиняющих вред при долгосрочном накоплении в организме человека.

Zvyagina A.I., Shiryaeva O.A., Afonyushkina E.Y., Kapitanova O.O., Averin A.A., Kormschikov I.D., Martynov A.G., Gorbunova Y.G., Veselova I.A., Kalinina M.A. Graphene Oxide/Zinc Phthalocyanine Selective Singlet Oxygen Visible-Light Nanosensor for Raman-Inactive Compounds // Small Methods. 2024. Vol. 2401420. (Q1, IF 10.7).  DOI: 10.1002/smtd.202401420

Руководитель работы: в.н.с., д.х.н., профессор РАН, Калинина М.А.

Авторы: Нугманова А.Г., Соколов М.Р., Александров А.Е., Князева М.А., Еремчев И.Ю., Наумов А.В., Бухвалов Д.В., Кениг Б., Калинина М.А.

Увеличение активности фотокатализаторов на основе оксида графена в бесконтактных ячейках с внешним электрическим полем

Рисунок 1 – Механизм и схема работы бесконтактной ячейки

Фотокатализ является одним из ключевых направлений развития «зеленых» технологий, позволяя существенно сократить затраты на энергию и ресурсы за счет использования солнечного света в качестве источника энергии для различных химических процессов (очистка сточных вод, производство водорода, конверсия углекислого газа и синтез полезных органических соединений). Главным препятствием для широкомасштабного применения является низкая эффективность и высокая стоимость материалов.
В данной работе был предложен принципиально новый метод увеличения эффективности фотокатализаторов на основе оксида графена – доступного и дешевого наноматериала с аномально высокой диэлектрической восприимчивостью, за счет воздействия внешнего электрического поля в бесконтактных фотокаталитических ячейках. Предполагаемый механизм и схема эксперимента представлена на рисунке 1. Добавление органических красителей позволяет сделать материал чувствительным к видимому свету, а воздействие электрического поля значительно увеличивает скорость переноса фотоиндуцированного заряда в химическую реакцию. В работе эффект представлен на примере двукратного ускорения реакции разложения органического загрязняющего соединения в воде.

A.G. Nugmanova, M.R. Sokolov, A.E. Alexandrov, M.A. Kniazeva, I.Yu. Eremchev, A.V. Naumov, D.W. Boukhvalov, B. König, M.A. Kalinina. Electric field-induced amplification of graphene oxide's visible light photocatalytic activity // J. Mater. Chem. A, 2025, 13, 200-204. (Q1, IF 10.8).  DOI: https://doi.org/10.1039/d4ta06034b

Руководитель работы: заведующий лабораторией коррозии металлов в природных условиях, гл.н.с., профессор Маршаков А.И.

Авторы: Панченко Ю.М., Игонин Т.Н., Ненашева Т.А., Гаврюшина М.А., Кудрявцева Л.Н., Ковтанюк В.В.

Расчет скорости осаждения хлоридов и прогнозирование коррозионной агрессивности атмосферы на побережье Японского моря

Рисунок 1 – Место испытаний (площадка расположена между двумя бухтами, имеющих открытый выход в море, на высоте 5 м над уровнем моря. Кратчайшие расстояния от берегов бухт составляют приблизительно 100 м и 300 м)

Рисунок 2 – Результат определения категории коррозионной агрессивности атмосферы по отношению к меди (пунктирными линиями показан интервал допустимой ошибки прогноза коррозионных потерь согласно международным и российским стандартам)

Для прогнозирования скорости коррозии металлов в морской атмосфере необходимо знать скорость осаждения хлоридов на поверхность материалов. Экспериментальное определение этой величины требует проведения длительных исследований, поэтому необходимо научиться ее рассчитывать на основании метеорологических данных. На основании работы, проведенной на Дальневосточной станции Института (место испытаний представлено на рисунке 1), создана модель расчета скорости осаждения хлоридов. Модель учитывает ветровой режим места испытаний, расстояния от береговой линии двух бухт, величины производства аэрозоли морской воды для каждого интервала скорости ветра, а также коэффициент, зависящий от рельефа берега и солености воды.

Одновременно были проведены натурные коррозионные испытания образцов типовых конструкционных металлов: углеродистой стали, цинка, меди и алюминия. Показано хорошее соответствие измеренных и рассчитанных среднегодовых скоростей осаждения хлоридов в течение четырех одногодовых экспозиций образцов металлов (ошибка менее 20%). Это позволяет прогнозировать коррозионные потери металлов в приморской атмосфере, которые удовлетворительно совпадают с экспериментальными значениями (рисунок 2). Достаточно точный расчет среднегодовой скорости осаждения хлоридов позволяет прогнозировать коррозионные потери металлов К (г/м²) в приморской атмосфере, используя разработанные в лаборатории ИФХЭ РАН функции «доза – ответ», которые включены в ГОСТ 9.107-2023 «Коррозионная агрессивность атмосферы».

Гаврюшина М.А., Панченко Ю.М., Маршаков А.И. Модель прогноза коррозионных потерь углеродистой стали за первый год экспозиции на основе алгоритма «случайный лес // Коррозия: защита материалов и методы исследований, том 2, № 1, с. 41-59.

Панченко Ю.М., и др. Коррозионная стойкость конструкционных металлов при разной ориентации образцов на различных расстояниях от морского берега // Коррозия: защита материалов и методы исследований, том 2, № 2, с. 29-44.

Руководитель работы: д.х.н., профессор Колкер Аркадий Михайлович

Разработан алгоритм машинного обучения, способный предсказать, насколько хорошо глубокий эвтектический растворитель того или иного состава будет поглощать углекислый газ. Алгоритм включает несколько отдельных моделей, которые оценивают различные свойства жидкостей: химический состав, строение входящих в них молекул, параметры состояния и температуру плавления. Для обучения алгоритма использовали уже известные экспериментальные и литературные данные для 400 смесей.

Модель по химическому составу смеси с 90% точностью воспроизводит ранее установленную для нее опытным путем способность поглощать углекислый газ. Разработанный алгоритм применили для анализа еще не изученных эвтектических растворителей. Из более чем 94 тысяч потенциальных поглотителей модель выбрала 1447 вариантов смесей, компоненты которых связывали углекислый газ с эффективностью более 30 мольных процентов.

Makarov, D.M., Fadeeva, Y.A., Golubev, V.A., Kolker, A.M., Designing deep eutectic solvents for efficient CO2 capture: A data-driven screening approach, 325 (2023) Separation and Purification Technology (Q1, IF – 9,13), 124614. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124614 

Руководитель работы: д.х.н., профессор, зав. лабораторией химической термодинамики МГУ Успенская Ирина Александровна

Разработан прототип российского программного комплекса (ПК) для расчетов фазовых и химических равновесий. В ядре ПК (Gibbs) запрограммированы наиболее востребованные термодинамические модели для расчетов фазовых диаграмм многокомпонентных систем, интересующих материаловедение. Создан консорциум ВУЗов и институтов РАН по разработке баз данных для нового ПК; налажено систематическое взаимодействие с IT-сферой и бизнес-партнерами из ИКЦ «Химия».

Руководитель работы: д.ф.-м.н, чл.-корр. РАН, профессор, зав. кафедрой СПбГУ  Щёкин Александр Кимович

Дождь и снег, пузырьки в бокале шампанского, дырки в сыре – это примеры явлений, к которым приводят процессы нуклеации и кавитации, т. е. процессы образования капелек и пузырьков. При этом образование капелек и пузырьков на твердых нерастворимых наночастицах может быть как желательным, так и недопустимым с точки зрения практической деятельности человека. Членом-корреспондентом РАН профессором СПбГУ А.К. Щёкиным представлен авторский обзор теоретических результатов по исследованиям термодинамических и структурных характеристик (химического потенциала, работы образования, поверхностного натяжения, расклинивающего давления, профилей плотности) капелек и пузырьков вокруг наноразмерных твердых сферических частиц, как электрически заряженных, так и нейтральных, в рамках феноменологического термодинамического подхода, а также с использованием различных вариантов метода функционала молекулярной плотности.

Руководитель работы: член-корреспондент РАН, д.х.н. Б. Г. Ершов

Впервые выполнены расчеты восстановительных потенциалов атомов переходных металлов Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn. Их свойства и, прежде всего, восстановительные потенциалы, важны для понимания механизма окислительно-восстановительных процессов с их участием в химии и биологии, а также для оптимизации технологических процессов. Е⁰(M²⁺/M⁰) атомов Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn рассчитаны из их стандартных электродных потенциалов в воде за вычетом стандартной молярной энергии Гиббса образования атомов в газовой фазе Δ_fG⁰(M_gas⁰) и энергии их гидратации в растворе Δ_fG⁰(M_aq⁰). Потенциалы равны -2.503 В для Mn⁰, -2.454 В для Fe⁰, -2.333 В для Co⁰, -2.335 для Ni⁰, -1.291 В для Cu⁰ и -1.335 В для Zn^0. То есть, потенциалы атомов примерно на 2.0 В смещены в отрицательную область по сравнению с потенциалами этих металлов в форме компактных электродов и обладают выраженным свойством очень сильных восстановителей. Показано, что реакция дисмутации ионов M⁺ с образованием атома M⁰ термодинамически выгодна в объеме раствора только для цинка. При переходе от атомно-молекулярного состояния к компактному металлу активность атомов и их кластеров снижается и изменяется специфика реакций.

Ershov B. G. Estimation of the reduction potential of transition metal atoms in aqueous solutions // Journal of Molecular Liquids. — 2023 — P. 123129. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.123129

Руководитель работы: заведующий лабораторией электронно-лучевой конверсии энергоносителей д.х.н. А. В. Пономарев

Впервые доказано, что электронно-лучевая обработка мутагенных органических соединений с сопряженными связями приводит к полному устранению мутагенности. Для окрашенных соединений снижение окраски, токсичности и мутагенности происходит параллельно и состоит из одной, радиолитической, стадии, что привлекательно при использовании в крупнотоннажной очистке сточных вод. На сегодня это единственный практический способ необратимого устранения мутагенности. Вследствие малой концентрации красителя, его радиолитические превращения происходят по механизму косвенного действия излучения, т.е. в реакциях с радикалами, генерируемыми за счет радиолиза воды. Исходный раствор Е124 проявляет мутагенную активность (Рис.). В присутствии активирующей фракции S9 печени крысы, Е124 вызывает мутации в двух протестированных штаммах, ТА98 и ТА100. Однако электронно-лучевая обработка раствора Е124 при дозе 1.5 кГр снижает его мутагенную активность до уровня спонтанного мутагенеза.

Ponomarev A. V., Kholodkova E. M., Zotova I. V., Shumega A. R., Stepchenkova E. I. Radiolytic Inactivation of Ponceau 4R Mutagenicity in Aqueous Solution. // High Energy Chem. – 2023 -Vol. 57 -P. 454–456. https://doi.org/10.1134/S0018143923050119

Руководитель работы: д.ф.-м.н. Малкин Александр Игоревич

Разработан принципиально новый высокоэффективный метод активации предпламенного окисления и горения алюминия, основанный на внедрении в объем частиц алюминия газообразующих промоторов высокотемпературного окисления и горения путем механического легирования и включает синтез сфероидальных нанопористых агрегатов в эмульсионной размольной среде.

Выполнено в рамках Госконтракта от 02.04.2021 № 2941/БМ-5/2021.

Руководитель работы: д.х.н., профессор РАН Калинина Мария Александровна

Ученые из лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН создали переключаемый мультифункциональный фотокатализатор для очистки сточных вод и борьбы с бактериями. Это первый гибридный «умный» фотокатализатор фотокатализатор на основе порфиринов и однослойных двумерных наночастиц дисульфида молибдена, полученный методом нековалентной самосборки. Материал способен к управляемому переключению между разными режимами работы и генерирует разные по составу активные частицы при изменении длины волны облучения. Благодаря этой способности он с 90-процентной эффективностью разрушает токсины в сточных водах химических производств и подавляет рост бактериальной флоры в 11 раз быстрее существующих аналогов, при этом не повреждая окружающий материал. Такие фотокатализаторы можно добавлять в покрытия помещений медицинских учреждений, для которых антибактериальная среда имеет принципиальную важность. Полученный результат – существенный шаг в области синтеза «зеленых» фотокатализаторов, позволяющий снизить нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения затрат на производство и возможности повторного применения компонентов отработанных материалов.

Maxim R. Sokolov, Konstantin A. Tumbinskiy, Ekaterina A. Varlamova, Alexey A. Averin, Andrey V. Shkolin, Maria A. Kalinina. ACS Applied materials and Interfaces (Q1, IF 10.38). https://doi.org/10.1021/acsami.3c11698.

Ссылки на интернет-ресурсы:

https://rg.ru/amp/2023/11/27/poriadok-bet-iady.html

https://indicator.ru/chemistry-and-materials/umnyi-fotokatalizator-razrushil-zagryazniteli-stochnykh-vod-s-pomoshyu-solnechnogo-sveta-vsego-za-polchasa-16-11-2023.htm

https://inscience.news/ru/article/russian-science/14760

Руководитель работы: д.х.н. Бирин Кирилл Петрович

Ученые лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН разработали способ конструирования гибридных материалов на основе наноструктурированного оксигидроксида алюминия и порфирина. В новом материале молекулы порфирина, благодаря наличию специальной якорной группы, распределены преимущественно по поверхности неорганической матрицы, что открывает широкие перспективы для использования этого материала в каталитических процессах. Результаты исследования опубликованы в ведущем профильном журнале.

Stepan M. Korobkov, Kirill P. Birin, Anatole N. Khodan, Oleg Yu. Grafov, Yulia G. Gorbunova and Aslan Yu. Tsivadze. Nanostructures Aluminum Oxyhydroxide – A Prospective Support for Functional Porphyrin-Based Materials. International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24, 12165. https://doi.org/10.3390/ijms241512165

Руководитель работы: д.х.н., профессор Арсланов Владимир Валентинович

Впервые проведены сравнительные исследования ленгмюровских монослоев бинарных и тройных (с холестерином) смесей неионогенных ПАВ (планарные системы) и ниосомальных наноструктур, собранных из тех же материалов. Показано, что системы, демонстрирующие высокую совместимость неионогенных ПАВ в монослоях, формируют ниосомы повышенной стабильности. На основании этого результата предложен новый термодинамический критерий, который, наряду с параметром упаковки и ГЛБ ПАВ, позволяет оптимизировать составы везикулярных структур и предсказывать их свойства.

Arslanov, V. V., Ermakova, E. V., Krylov, D. I., Popova, O. O. On the relationship between the properties of planar structures of non-ionic surfactants and their vesicular analogues–Niosomes. Journal of Colloid and Interface Science, 2023, 640, 281-295. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2023.02.110

Руководитель работы: д.х.н. Дементьева Ольга Вадимовна

Учеными лаборатории поверхностных явлений в полимерных системах установлено, что в кислородсодержащих средах НЧ Au могут промотировать образование активных форм кислорода, что приводит к повышению их радиосенсибилизирующего действия. На примере вируса табачной мозаики показано, что воздействие рентгеновского излучения в дозе 4 и 7 кГр на предварительно обработанные НЧ Au вирионы снижает инфекционную активность последних в 15 и 22 раза соответственно, тогда как в отсутствие частиц активность вирионов снижается лишь в 1.9 и 2.7 раза. НЧ Au усиливают повреждение как капсидного белка, промотируя образование активных форм кислорода, так и геномной РНК вследствие испускания ими вторичного излучения. Результаты опубликованы в престижном профильном журнале.

N.A. Nikitin, M.V. Arkhipenko, O.V. Dement’eva, M.E. Kartseva, E.M. Shishmakova, E.V. Sanochkina, E.S. Shiryaeva, M.A. Kolyvanova, A.V. Belousov, V.M. Rudoy, V.I. Feldman, O.V. Karpova, V.N. Morozov / Increased Efficiency of Radiation Inactivation of Virions by Gold Nanoparticles // Part. Part. Syst. Charact. 2022. 2200074. http://dx.doi.org/10.1002/ppsc.202200074

Руководитель работы: заведующий лабораторией сорбционных процессов д.ф.-м.н. Фомкин Анатолий Алексеевич

На фото: разрезы заполненного топливного баллона адсорбированного природного газа (АПГ) формованным адсорбентом высокой плотности и помещенным в плоский адсорбер для автомобиля «ЛАДА-Веста»; образец адсорбционного газового терминала ПАО «Газпром» для снабжения удаленных потребителей адсорбированным природным газом (вверху), испытания на промышленной площадке (внизу).

Синтезированы новые высокоактивные активированные угли и металлорганические каркасные структуры (МОКС) для энергонасыщенных адсорбционных систем (ЭНАС). Адсорбенты разработаны в рамках контрактных работа для ПАО «Газпром», ООО «Газпром нефть», ПАО «Автоваз»:
- адсорбционных аккумуляторов природного газа метана для двигателей внутреннего сгорания отечественных автомобилей;
- адсорбционного газового терминала для удаленных потребителей;
- проекта адсорбционного газового хранилища для сезонных потребителей;
- проекта газозаправочных (метановых) станций низкого давления для городов;
- проекта метан-водородных ЭНАС (аккумулирование, транспортировка, применение) для систем низкоуглеродной энергетики с низким парниковым эффектом;
- проекта по выделению важных легких газов из природного газа – этана, пропана, бутана, для газовой химии, полиэтилена, полипропилена, производных бутана.

Руководитель работы: д.х.н., профессор Кулова Татьяна Львовна

Разработана новая электрохимическая система для натрий-ионных аккумуляторов, основанная на использовании композита марганце-железофосфата натрия (NaFe_0.5Mn_0.5PO₄) в качестве активного материала положительного электрода, и волокнистых наноструктур германия в качестве активного материала отрицательного электрода. Практическая удельная энергия лабораторного макета в расчете на массу активных материалов составила 245 Втч/кг, что является высоким показателем для натрий-ионных аккумуляторов. Предложенная новая электрохимическая система представляет собой перспективную основу для существенного усовершенствования натрий-ионных аккумуляторов.

Kudryashova Yu.O., Gavrilin I.M., Kulova T.L., Novikova S.A., Skundin A.M. NaFe_0.5Mn_0.5PO₄ – Ge electrochemical system for sodium-ion batteries. // Mendeleev Communications. ‒ 2023. ‒ Vol. 33. ‒ P. 318-319. http://dx.doi.org/10.1016/j.mencom.2023.04.006.

Авторский коллектив: Е.Г. Калинина, Д.С. Русакова, К.С. Шубин, Л.В. Ермакова, Е.Ю. Пикалова

Достигнуто увеличение напряжения разомкнутой цепи (OCV) на ячейках твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) при формировании тонкопленочных мембран диоксида церия, допированного самарием (SDC, Ce_0.8Sm_0.2O_1.9), модифицированных добавками оксидов кобальта, титана и алюминия, на несущих пористых анодных подложках на основе NiO-BaCe_0.8Sm_0.2O₃ (BCS) методом прямого электрофоретического осаждения. Показано формирование композитной структуры BCS/SDC при спекании (1450°С), что обеспечило эффект блокирования электронного тока утечки в SDC электролите за счет образования фазы BaCeO₃, которая блокирует электронную проводимость электролита SDC со стороны анода ячейки ТОТЭ. Электрохимические испытания элементов в режиме ТОТЭ показали высокие значения НРЦ 1060-920 мВ при температурах 650–750°C.

Elena G. Kalinina, Darya S. Rusakova, Kirill S. Shubin, Larisa V. Ermakova, Elena Yu. Pikalova, CeO₂-based thin-film electrolyte membranes for intermediate temperature SOFCs: Direct electrophoretic deposition on the supporting anode from additive-modified suspensions, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 48. Iss. 59. p. 22559-22572 (2023).

Разработаны новые средства ингибиторной защиты стальной арматуры в бетоне

Руководитель работы: д.х.н. Андреев Николай Николаевич

Разработан универсальный ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне – ИФХАН-80. Разработка защищена патентом. Лицензия на производство препарата продана ООО «ИФХАН», где организовано его промышленное производство. ИФХАН-80 обеспечивает контактную защиту арматуры железобетонных изделий в жестких коррозивных условиях тропиков (Вьетнам), а также в бетонах с высоким содержанием хлоридов. Представлен внешний вид арматурных стержней после 44 месяцев экспозиции железобетонных образцов с 3% хлорида натрия в тропиках.

I.A. Gedvillo, A.S. Zhmakina, N.N. Andreev, S.S. Veselyi, V.A. Karpov, D.S. Mikurov, Field tests of the efficiency of the corrosion inhibitor IFKhAN-80 for reinforcement steel in concrete under tropical conditions. 1. Contact protection. Int. J. Corros. Scale Inhib., 2023, 12, no. 4, 1408-1416. http://dx.doi.org/10.17675/2305-6894-2023-12-4-3

Руководитель работы: д.х.н., профессор Кузнецов Юрий Игоревич

Альтернативой использованию фторсодержащих соединений при получении супергидрофобных (СГФ) покрытий на поверхности алюминиевого сплава Д16 являются доступные, нетоксичные, относительно дешёвые высшие карбоновые (лауриновая, тридекановая и стеариновая) и фосфоновые (додецилфосфоновая и октадецилфосфоновая) кислоты. СГФ покрытия на поверхности сплава Д16 получают после лазерной обработки, формирующей ее равномерно-неоднородную шероховатую структуру. Обработка текстурированной поверхности сплава в этанольных растворах органических кислот (60 мин) приводит к ее супергидрофобизации. СГФ слои, формируемые на сплаве Д16, устойчивы в условиях промышленной городской атмосферы. На образцах с СГФ покрытием стеариновой кислотой первые локальные коррозионные поражения видны через 18 мес. испытаний. Для покрытия октадецилфосфоновой кислоты за 24 мес. испытаний, видимые коррозионные поражения на образцах не обнаружены, что свидетельствует о высокой защитной способности.

Исследование выполнено в рамках договорных работ.

Формирование композиционных слоев на основе тугоплавких металлов и соединений с комплексом заданных свойств

Руководитель работы: заведующий лабораторией гетерогенного синтеза тугоплавких соединений, к.х.н. Душик Владимир Владимирович

Электронные вакуумные приборы (ЭВП) – устройства для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в которых рабочее пространство освобождено от воздушной атмосферы. Мощные ЭВП СВЧ диапазона имеют дело с высокими тепловыми нагрузками, приводящими к их разрушению по причине оплавления материала в рабочей зоне. ИФХЭ РАН совместно с АО НПП «ИСТОК» им. Шокина разработали и внедрили в производство технологию нанесения вольфрамового CVD покрытия для коллекторов мощных электронных вакуумных приборов СВЧ диапазона, выполняющего роль теплозащитного эрозионностойкого слоя. При разработке покрытия были учтены технические требования, предъявляемые к изделию, в том числе толщина и локализация покрытия по внутренней поверхности прибора, стойкость к тепловой нагрузке, термическим циклам и отсутствие деформации изделия вследствие различия коэффициентов термического расширения материалов покрытия и подложки.

Опыт и перспективы использования низкотемпературного химического осаждения из газовой фазы вольфрама и его соединений для улучшения эксплуатационных свойств изделий / В.А. Смирнов, А.Н. Пашков, С.А. Вашин, В.В. Душик, А.А. Шапоренков, С.В. Евсеев // Труды 30-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ - 2023», 20-22 июня 2023 г. Санкт-Петербург, 2023, С. 190-193.

Российские стоматологические композиты

Руководитель работы: заведующий лабораторией структурно-морфологических исследований, к.х.н. Шапагин Алексей Викторович

В рамках реализации программы Правительства РФ по импортозамещению проведены исследования многокомпонентных отверждающихся высоконаполненных нанодисперсных композиций и разработаны стоматологические пломбировочные материалы не уступающие, а по ряду характеристик превосходящие композиционные материалы ведущих мировых производителей. Ученые провели исследования двух десятков стоматологических композиционных и вспомогательных материалов с целью идентификации индивидуальных веществ и принципов технологических процессов получения композиций. По результатам анализа были разработаны материалы на основе многокомпонентных акриловых фотоотверждаемых связующих до 80 масс.% наполненных оксидами кремния, циркония и прочими нанодисперсными частицами. Полученные высокие прочностные, сорбционные и адгезионные свойства стоматологических материалов являются прямым следствием разработанной технологии смешения компонентов и аппретирования минеральных нанопорошков.

Работа выполняется по заказу компании МЕГАДЕНТ.

От прочности в системе «моноволокно-матрица» к композитному крылу самолета

Руководитель работы: заведующий лабораторией структурно-морфологических исследований, к.х.н. Шапагин Алексей Викторович

Для исследователей и производителей композиционных материалов, волокнистых армирующих наполнителей, аппретирующих составов и изделий на их основе разработан и запатентован метод Drop-Sting test на основе которого создана лабораторная установка для исследования адгезионной прочности элементарных ячеек полимерных композиционных материалов.

В основу принципа измерения адгезионной прочности в системе «моноволокно–матрица» заложено контролируемое погружение моноволокна в связующее на глубину 20-60 мкм в зависимости от прочности моноволокна, отверждение связующего и извлечение моноволокна с получением деформационно-прочностной кривой. Дополнительно установка позволяет определять энергетические характеристики сверхтонких моноволокон (5 мкм) по методу Зисмана при использовании тестовых жидкостей с широким диапазоном поверхностных натяжений.

По методике Drop-Sting test определяются истинные характеристики системы «моноволокно-матрица», исключая технологические факторы пропитки и погрешности связанные с дефектами моноволокон в жгутах.

Фазовые равновесия для прогнозирования свойств материалов

Руководитель работы: заведующий лабораторией структурно-морфологических исследований, к.х.н. Шапагин Алексей Викторович

На примере эпоксидных трехкомпонентных связующих модифицированных полисульфоном, активным разбавителем и отвержденных высокотемпературным диаминодифенилсульфоном апробирована методика прогнозирования фазовой структуры и, как следствие, эксплуатационных свойств многокомпонентных материалов.

В основу методики заложены комплексные исследования фазовых равновесий и диффузионной подвижности исходных систем и эволюции фазовых диаграмм в процессе отверждения. Полученные экспериментально и рассчитанные из теории полимерных растворов Флори-Хаггинса критические параметры многокомпонентной системы и их изменение с ростом степени конверсии позволяют прогнозировать фазовую структуру и тем самым кратно сократить огромный массив эмпирических рутинных исследований в производственном процессе разработки новых материалов.

Руководитель работы: к.х.н. Шолохова Анастасия Юрьевна

Сотрудниками лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН был разработан комплексный подход для анализа сложных смесей органических соединений с помощью хромато-масс-спектрометрии и машинного обучения. Проблема определения структуры неизвестных молекул в сложных смесях без их препаративного выделения является актуальной задачей физической и аналитической химии. Обычно для этого используется хромато-масс-спектрометрия, однако без использования «умных» алгоритмов этот метод, в большинстве случаев, позволяет лишь весьма ненадежно предположить структуру. Применение методов искусственного интеллекта позволило существенно повысить точность построения структуры. Впервые был разработан комплексный подход, использующий несколько методов хромато-масс-спектрометрии и машинное обучение на всех этапах анализа. Это дало возможность выявить новые токсичные соединения в образцах индустриального происхождения. Программное обеспечение с графическим интерфейсом пользователя для предсказания масс-спектров и индексов удерживания и удобного сравнения наблюдаемых и предсказанных величин доступно онлайн: https://github.com/mtshn/svekla.

Sholokhova A. Y., Matyushin D. D., Grinevich O. I. et al. Intelligent workflow and software for non-target analysis of complex samples using a mixture of toxic transformation products of unsymmetrical dimethylhydrazine as an example. // Molecules. — 2023. — Vol. 28, no. 8. — P. 3409. http://dx.doi.org/10.3390/molecules28083409