29 декабря кафедра физической химии химического факультета ВГУ отмечает 90-летний юбилей. О кафедре рассказывает её заведующий – доктор химических наук, доцент, проректор по науке, инновациям и цифровизации ВГУ Олег Козадеров.
– Олег Александрович, кафедра физической химии создана в 1932 году. Расскажите о периоде её становления и развития как самостоятельного учебно-научного подразделения нашего университета.
– В то время активная учебно-научная работа была развёрнута под руководством первого заведующего кафедрой – профессора Николая Викторовича Култашева, ученика крупнейшего физико-химика Густава Таммана. Именно в то время были заложены основы сразу нескольких научных направлений, которые развиваются сейчас на кафедре физической химии и других кафедрах химического факультета ВГУ. К примеру, в кандидатской диссертации доцента Ф.А. Санталова, руководившего кафедрой в короткий период с 1938 по 1939 годы, были впервые сформулированы основы получения металлических мембран из сплавов цинка с серебром и медью путём селективного вакуумного испарения наиболее летучего компонента – цинка. В дальнейшем исследованию избирательного анодного растворения и селективной коррозии сплавов на кафедре был посвящён целый ряд научных работ, на базе которых сформировалось новое научное направление.
В послевоенные годы – с 1948-го по 1956-й – кафедрой заведовал доцент С.А. Кретинин, которым был выполнен цикл актуальных работ по фильтрации воды через сыпучие вещества.
Работа по основному для нашей кафедры научному направлению – коррозионно-электрохимическому – было начато в 1939 году Анатолием Яковлевичем Шаталовым. С 1956 года, будучи заведующим кафедрой, профессор Шаталов руководил интенсивными исследованиями по проблемам электрохимической коррозии металлов. Особый интерес представляли работы по изучению саморастворения металлов в условиях значительного ограничения доступа окислителя, в частности в ионообменниках. В итоге профессор Тамара Александровна Кравченко в своей докторской диссертации, исходя из развитых теоретических положений, решила практическую задачу непрерывного и глубокого удаления растворённого в воде кислорода. Рациональные способы противокоррозионной защиты были развиты в докторской диссертации профессора Светланы Анатольевны Калужиной на базе представлений о механизме термогальванической коррозии и коррозии при теплопереносе. В целом результаты исследований кафедры по коррозионно-электрохимическому направлению были весьма актуальны – они широко использовались предприятиями электронной и электротехнической промышленности, в том числе при разработке новых технологий производства полупроводниковых приборов и интегральных схем.
В 1979 году заведующим кафедрой становится профессор Игорь Кириллович Маршаков, широким фронтом развернувший начатые им ещё в 1958 году систематические исследования по анодному растворению и селективной коррозии сплавов. Профессор Маршаков – один из основоположников нового направления в коррозионной науке – «Электрохимия и коррозия сплавов», основатель ведущей научно-педагогической школы ВГУ по этому направлению. Результаты исследований, выполненных под его руководством, позволили решить ряд практически важных проблем.
Заметный вклад в построение общей теории растворения сплавов сделан в докторской диссертации профессора Александра Викторовича Введенского, который руководил кафедрой с 2000 по 2019 годы. В работе Александра Викторовича впервые была представлена достаточно полная и последовательная физико-химическая модель анодного растворения гомогенного сплава.
– Как кафедра развивается в научном плане сегодня – какие есть конкретные научно-практические результаты?
– Продолжаются как фундаментальные, так и прикладные исследования по электрохимии и коррозии сплавов. В докторской диссертации профессора Ильи Давидовича Зарцына впервые дано описание явления селективного растворения на основе формализма термодинамики необратимых процессов, введены представления о химическом сопряжении парциальных электродных реакций при анодном растворении металлов и сплавов в присутствии окислителей. Мне в своей докторской диссертации удалось установить физико-химические закономерности формирования и развития неравновесного поверхностного слоя на границе раздела сплав/раствор в условиях одновременного протекания нестационарных процессов диффузии, фазовых превращений и изменений морфологии поверхности. Результаты легли в основу представлений о процессе селективного растворения как электрохимического способа синтеза высокоактивных электрокатализаторов на основе микро- и нанопористых золота и палладия.
В лаборатории металл-полимерных наносистем разработаны нанотехнология глубокой и непрерывной электродеоксигенации воды на синтезированных металл-ионообменниках, способ извлечения тяжёлых металлов с их использованием, а также нанокомпозитные катализаторы для окисления формальдегида и обеззараживания воды (профессор Т.А. Кравченко, доцент В.А. Крысанов). Все эти результаты важны для развития энергосберегающих и экологически чистых технологий.
Ряд весьма интересных данных получен в последние годы в работах по химическому осаждению металлов и сплавов с целью получения покрытий, в том числе для нужд микроэлектроники (доцент Н.В. Соцкая, научный сотрудник Л.В. Юденкова). Разработаны практические рекомендации для получения качественных никелевых и никель-фосфорных покрытий заданного состава с определёнными свойствами: повышенной каталитической активностью, высокой коррозионной стойкостью, паяемостью.
В научной группе доцента С.Н. Грушевской разработан электрохимический способ синтеза наноразмерных оксидов меди и серебра с контролируемыми структурными, оптическими и морфологическими параметрами, который может быть использован для получения функциональных материалов, применяемых в области электрохимической сенсорики, катализа и фотокатализа, в микроэлектронных и полупроводниковых технологиях.
Перспективными для использования в сферах экологии, энергетики и фармации являются работы по электроокислению органических соединений (доцент Е.В. Бобринская), синтезу никелевых электрокатализаторов методом селективного растворения электроосаждённых сплавов (доцент И.В. Протасова), квантовохимическому моделированию эндофуллеренов и процессов адсорбции с участием органических молекул и неорганических ионов (доцент И.В. Нечаев, ассистент Д.А. Мачнев).
– Кафедра участвует в грантовых проектах?
– Кафедральные научные проекты реализуются при поддержке Минобрнауки в рамках государственного задания вузам в сфере научной деятельности, грантов Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований. Результаты работ представляются на всероссийских и международных конференциях, публикуются в высокорейтинговых отечественных и зарубежных журналах, в том числе первого и второго квартиля, защищаются патентами.
– А предприятия проявляют к вам интерес?
Да, конечно. Взаимовыгодным является научно-практическое сотрудничество с индустриальными партнёрами, например с ОАО «НИИПМ», ООО «МБС Строительные системы», Группой компаний «ЭФКО». По их заказам выполняются хоздоговорные научно-исследовательские работы в области электроники, химических источников тока, защиты конструкционных материалов (в том числе стальной арматуры в бетоне) от коррозии.
Особо хочу отметить исследования, которые мы проводим с учёными химического и физического факультетов ВГУ в рамках крупных совместных проектов. Так, в проблемной лаборатории по разработке новых электролитов для осаждения металлов и сплавов для нужд электроники научная группа нашей кафедры работает вместе с сотрудниками кафедры органической химии, кафедры физики твёрдого тела и наноструктур, кафедры материаловедения и индустрии наносистем. С последней активно сотрудничаем, разрабатывая электрохимические методы при определении водородопроницаемости палладиевых мембран для получения сверхчистого водорода (профессор А.В. Введенский, доцент Н.Б. Морозова). В комплексном мегапроекте, реализуемом на физическом факультете в рамках Федеральной научно-технической программы синхротронных исследований, проводим высокоточную диагностику функциональных электро- и фотокаталитических материалов, синтезируемых анодным окислением металлов и сплавов.
– Наверняка научные связи не ограничиваются совместной работой только с коллегами из ВГУ?
– Действительно, многолетнее плодотворное сотрудничество связывает кафедру физической химии ВГУ с учёными Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Научно-исследовательского физико-химического института им. Л.Я. Карпова, с родственными кафедрами Южного федерального, Саратовского, Тамбовского, Пермского, Томского госуниверситетов. Функционирует совместная лаборатория ВГУ и Института физической химии и электрохимии РАН «Сопряжённые процессы в электрохимии и коррозии металлов». Важным фактором устойчивого взаимодействия является организуемая нашей кафедрой всероссийская конференция с международным участием «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» – «ФАГРАН».
– Удаётся ли поддерживать взаимодействие с зарубежными учёными?
– Да, успешно развивается академическое сотрудничество с химическим факультетом Национального технологического института города Курукшетра (Индия) в области физической химии, электрохимии и коррозии металлов, в том числе в рамках программы Индийского правительства «GIAN». Французским правительством в рамках программы «Мечников» был поддержан Международный научный проект с Высшей школой химии в Париже. Итогом международного сотрудничества являются целый ряд научных публикаций, доклады на конференциях и симпозиумах по коррозии, совместные заявки на участие в грантовых проектах Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда.
– Поговорим об образовательном процессе. Удалось ли к юбилею кафедры достичь успехов при организации учебной деятельности?
– За счёт привлечённых внебюджетных средств мы отремонтировали две учебные лаборатории, приобрели современную лабораторную мебель. В рамках университетской программы обновления учебного оборудования приобретены новые учебно-методические комплексы по химической термодинамике, химической кинетике, электрохимии, коллоидной химии. Это позволило усовершенствовать материально-техническое оснащение кафедры для проведения лабораторных практикумов по физической и коллоидной химии. Рассчитываем в рамках этой программы обновить приборную базу для проведения спецпрактикумов по электрохимии, коррозии металлов и сплавов, электрохимическим технологиям и кинетике.
Постоянное внимание уделяется методической работе. Сотрудниками кафедры регулярно издаются учебно-методические пособия, причём не только в Издательском доме ВГУ. Например, в издательстве «Лань» (Санкт-Петербург) были опубликованы сразу два авторских учебника нашей кафедры для студентов химических специальностей университетов и вузов химико-технологического профиля – «Современные химические источники тока» и «Сборник примеров и задач по электрохимии».
– Насколько востребованы выпускники вашей кафедры?
– Наши выпускники работают на предприятиях электронной, энергетической и пищевой промышленности, таких как «Концерн СОЗВЕЗДИЕ», «НИИПМ», «НИИЭТ», «ВЗПП-Микрон», Нововоронежская атомная электростанция, ГК «ЭФКО» и др. Также работают в медицинских организациях, фармацевтических компаниях и экологических лабораториях (Роспотребнадзор, АО «Бинергия», ООО «Биннофарм Групп», ООО «ДНК-Технологии» и т.д.). Преподают в школах и вузах, проводят исследования в научных организациях – в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина, в других институтах РАН.
С момента открытия в 1956 году специализации в области электрохимии и коррозии металлов через кафедру прошло более тысячи выпускников. Многие из них впоследствии были аспирантами или соискателями и нашего университета, и других учреждений. Защищено более 100 кандидатских диссертаций. Многие выпускники стали докторами наук.
– Как я понимаю, электрохимия и защита от коррозии – это основные направления исследований и подготовки специалистов на кафедре физической химии. Насколько они актуальны сейчас и каковы перспективы их развития?
– Мы исследуем новые электролиты для современных суперконденсаторов высокой мощности, синтезируем электрокатализаторы и фотоактивные материалы для топливных элементов и солнечных батарей. Разрабатываем оригинальные составы электролитов для осаждения металлов и сплавов в микроэлектронике. Предлагаем новые методы мониторинга коррозионного состояния стали в бетоне.
Результаты исследований нашей кафедры используются при разработке эффективных методов противокоррозионной защиты, при синтезе функциональных покрытий для микро- и наноэлектроники, при решении актуальных проблем в области электрохимической, водородной и возобновляемой энергетики.
Подводя итог, скажу: можно с уверенностью утверждать, что проводимые на нашей кафедре фундаментальные и прикладные исследования в области современного электрохимического материаловедения, электрокатализа, гальванотехники, фотоэлектрохимии, защиты металлов и сплавов от коррозии относятся к приоритетным направлениям научно-технологического развития.
