Институт / Лаборатории

Лаборатория электрохимии гетерогенных систем

Медведев
Александр Жанович
Заведующий лабораторией – Медведев Александр Жанович, кандидат химических наук
Тел. (383) 233-24-10, доб. 1504
E-mail: amedvedev@solid.nsc.ru

Лаборатория электрохимии гетерогенных систем (ранее Лаборатория электрохимии) основана в 1961 г. профессором Н.П. Гнусиным. С 1970 г. по 1993 г. лабораторией руководил д.х.н. Р.Ю. Бек, с 1993 г. по 2017 г. - д.х.н. Маслий А.И. В штате лаборатории 16 сотрудников, в том числе 1 доктор и 8 кандидатов наук.
Сотрудники
Фамилия Имя Отчество должность телефон внут. тел. комната* e-mail
МЕДВЕДЕВ Александр Жанович Зав.лаб. 233-24-10 *1504 1504 506(Г) @
ВАРЕНЦОВ Валерий Константинович Вед.н.с. 233-24-10 *1501 1501 501(Г) @
РОГОЖНИКОВ Николай Андреевич С.н.с. 233-24-10 *1505 1505 504(Г) @
АЛЕКСАНДРОВА Татьяна Павловна Н.с. 233-24-10 *1506 1506 505(Г) @
БЕЛОБАБА Анатолий Григорьевич Н.с. 233-24-10 *1507 1507 513(Г) @
НОВГОРОДЦЕВА Оксана Николаевна Н.с 233-24-10 *1509 1509 502(Г) @
ОВЧИННИКОВА Светлана Николаевна С.н.с. 233-24-10 *1510 1510 515(Г) @
ЗАХАРОВ Михаил Александрович Вед.инженер 233-24-10 *1513 1513 205(Г)
КИСЛИЦЫН Юрий Васильевич Вед.инженер 233-24-10 *1514 1514 518(Г)
ЛУКЬЯНОВ Владимир Олегович Вед.инженер 233-24-10 *1515 1515 513(Г) @
БУРЕНКОВА Раиса Ильинична Инженер 233-24-10 *1518 1518 514(Г)
КОСТЫРЯ Марина Анатольевна Программист 233-24-10 *1519 1519 511(Г)

Основные направления исследований
  • Исследование адсорбции компонентов сульфитно-тиосульфатных растворов и их влияние на кинетику катодных и анодных процессов на золоте.
  • Изучение динамики формирования самоорганизующихся монослоев алкантиолов на твердых электродах.
  • Изучение особенностей пространственной локализации электрохимических процессов на проточных объемно-пористых электродах с различными направлениями векторов электрического тока и протока раствора.
  • Исследование особенностей распределения тока и потенциала при электроосаждении металлов на резистивных подложках.
  • Разработка функциональных металлических и металлсодержащих нанослоев на поверхности полимерных и углеродных волокон для использования в качестве электродных материалов, суперконденсаторов, электромагнитных экранов и бактерицидных фильтров.
Основные научные результаты
  • С использованием результатов квантово-химических расчетов и экспериментальных данных по электрохимическому поведению Au, Ag и Cu в цианистых, тиокарбамидных, сульфитных и тиосульфатных растворах установлена взаимосвязь скорости растворения металла с составом и структурой образующихся комплексов. При наличии единственного двухлигандного комплекса линейной структуры скорость растворения Au очень мала и резко увеличивается для металлов Ag, Cu, образующих несколько комплексов различного состава и структуры.
  • Впервые обнаружены и изучены особенности кинетики анодного окисления компонентов сульфитно-тиосульфатных растворов на золоте: каталитическое влияние при окислении сульфита и, наоборот, практически полная пассивация процесса при окислении тиосульфата. Показано, что в обоих случаях причиной является участие в этих реакциях хемосорбированных серосодержащих компонентов раствора.
  • Установлено, что адсорбция тиолов и кинетика формирования их самоорганизую­щихся монослоев (SAM) сильно зависят от природы металла и растворителя. В вод­ных растворах на чистых поверхностях Co и Ni время формирования SAM додекантиола заметно больше, чем на Au (соответственно, 30, 180 и 15 минут) и резко сокращается в смешанных (1:1) водно-этанольных и этанольных растворах.
  • Для пористых электродов с параллельными векторами электрического тока и протока раствора впервые разработана динамическая математическая модель, учитывающая процесс осаждения металла и вызванные им изменения свойств пористого электрода (диаметра волокон, пористости, проводимости твердой фазы). Теоретически и экспе­риментально изучено влияние условий электролиза (исходные проводимости фаз, ско­рость и направление подачи раствора, прямоточный и циркуляционный режимы ра­боты) на динамику и конечные результаты осаждения металлов внутри ПЭ.
  • Уточнена теория пористых электродов (ПЭ) с взаимно перпендикулярными векторами тока и протока раствора. Найдено, что обычно используемое допущение о равномер­ном распределении тока вдоль протока раствора справедливо лишь в случаях, когда локальная поляризационная кривая на границе ПЭ с раствором слабо различается на входе и выходе раствора. В противном случае, наблюдается резкое снижение тока вдоль токоподвода или более сложные промежуточные варианты его распределения.
  • Методами физического и математического моделирования изучены особенности распределения тока на резистивных подложках. Впервые показано, что локализация тока у токоподвода (терминальный эффект) определяется не только средним значением проводимости подложки, но и профилем ее изменения. Рост проводимости к то­коподводу ослабляет терминальный эффект, а уменьшение проводимости, наоборот, резко усиливает его.  Для резистивного диска обнаружена сильная зависимость терминального эффекта от места расположения токоподвода. При токоподводе в центре диска эффект намного сильнее, чем при его периферийном расположении. Показано, что это связано с наличием у резистивного диска исходного возрастающего к периферии профиля проводимости, обусловленного геометрическими причинами.
Основные результаты прикладных исследований
  • Предложены новые способы использования миграционных эффектов для увеличения скорости накопления металлов при электроанализе, а также снижения доли не­магнитного компонента (Cu) в магнитном слое (Ni) и улучшения магнитных характе­ристик микрослоистых покрытий (multilayers).
  • Разработаны пути интенсификации и условия нанесения слоев Au, Cu и Ni в различные трехмерные литографические структуры.
  • Вольтамперометрический комплекс
    «ВАК-фото»
  • На основе разработанного в лаборатории способа механического обновления поверхности твердых электродов создан автоматизированный вольтамперометрический комплекс «ВАК-фото» для экспрессного определения Ag в фоторастворах. Метод аттестован и внесен в Федеральный реестр методик выполнения измерений. Внедрено 12 комплексов, в том числе 5 – на ФГУП «Севмаш» (г. Северодвинск).
  • Предложен метод экспрессного вольтамперометрического определения концентрации теллура в щелочных электролитах для получения теллура высокой чистоты.
  • Разработан процесс химической металлизации (Ag, Cu) синтетических волокнистых материалов на основе полиакрилонитрильных или полиэфирных волокон (торговая марка – синтепон) и способы последующего перевода металлов в нужные соединения
  • АК-1 на заводе «Севмаш»
  • С использованием пористых катодов из металлизированного синтепона создан автономный электрохимический комплекс АК-1. Аппарат предназначен для извлечения металлов из разбавленных растворов, в частности, для извлечения серебра из отработанных фоторастворов, и является наиболее распространенным в России оборудованием для этой цели. Изготовлено под заказ около 100 АК-1, в т.ч. 11 –  по зарубежным контрактам. Совместно с Институтом горного дела СО РАН (лаборатория обогащения) разработана комбинированная сорбционно-электрохимическая технология для извлечения металлов из природных вод и технологических растворов, основанная на оптимальном сочетании стадий электролиза на АК-1 и сорбции на дешевом природном сорбенте – брусите.
  • Устройство «Блок-30»
    для временной блокировки
    сотовых телефонов
  • Установлено, что благодаря высокой проводимости металлизированного синтепона он проявляет хорошие экранирующие свойства (около 60 Дб) и является перспективным гибким экраном от электромагнитного излучения. На использовании этих свойств металлизированного синтепона основано устройство для временной блокировки сотовых телефонов «Блок-30».
  • Показана высокая антимикробная активность синтетических и ионообменных волокон с покрытиями из Ag, Cu, Zn и их плохо растворимых соединений. Разработанные волокнистые материалы с функциональными нанопокрытиями имеют широкие перспективы применения в медицине (лечение труднозаживающих ран), а также в качестве бактерицидных фильтров в системах очистки воздуха и воды.
  • Разработан способ увеличения удельной емкости суперконденсаторов на основе угле­родного волокнистого материала (УВМ) и гидроксида никеля. Способ отличается тем, что процесс осаждения коллоидных частиц гидроксида никеля из водной дисперсии на поверхность активированного УВМ проводят при его анодной обработке постоянным током с габаритной плотностью тока 10-150 А /м2.
Текущие гранты и проекты
Проекты по программам фундаментальных исследований СО РАН
  • Проект «Функциональные нанослои на твердых электродах: их свойства и применение» (2016-2020).
Проекты по программам фундаментальных исследований РАН
  • Проект «Влияние ионного состава раствора на адсорбцию и самоорганизацию слоев тиолов на твердых электродах» (в рамках Комплексной программы Сибирского отделения РАН № II.2 «Интеграция и развитие», 2016-2017).
Оборудование
  • набор программируемых потенциостатов различной мощности (производства ИФХЭ РАН и ООО «Элинс»);
  • установки кварцевого микро- и нанобаланса производства США - QCM-200 (SRS) и EQCN-700 (ELCHEMA);
  • установки собственного производства для воспроизводимого обновления поверхности твердых электродов;
  • системы экспрессного вольтамперометрического контроля концентрации извлекаемых металлов;
  • проточные электролизеры.
Публикации за 2018—2019 гг.

    Публикации в международных журналах
  1. Novgorodtseva O.N., Zelinsky A.G. Effects of solution pH on sulfite oxidation on the gold electrode.
    Journal of Solid State Electrochemistry. 2019. V. 23. Iss. 8. P. 2301-2306. DOI:10.1007/s10008-019-04332-3.
  2. Gorenskaia E.N., Kholkhoev B.Ch., Ochirov B.D., Makotchenko V.G., Yusin S.I., Fedorov V.E., Burdukovski V.F. Three-dimensional grids based on graphene oxide and 3,3',4,4'-tetraaminodiphenyl oxide for supercapacitor electrodes.
    Mendeleev Commun. 2018. V. 28. P. 184-186. DOI: 10.1016/j.mencom.2018.03.025.
    Публикации в отечественных журналах
  1. Медведев А.Ж., Маслий А.И., Лукьянов В.О. Анализ распределения потенциала на границе с мембраной внутри пористого электрода с протоком раствора вдоль токоподвода при различных токовых нагрузках: часть I-моделирование.
    Электрохимия. 2019. Т. 55. № 12. С. 1583-1588. DOI: 10.1134/S0424857019120119.
  2. Зелинский А.Г., Новгородцева О.Н. Влияние рН раствора на окисление сульфит-ионов и образование оксидов на золотом электроде.
    Электрохимия. 2019. Т. 55. № 12. С. 1435-1451. DOI: 10.1134/S042485701912020X.
  3. Варенцов В.К., Варенцова В.И. Извлечение золота и серебра из трудновскрываемого арсенопиритного гравиоконцентрата.
    Химия в интересах устойчивого развития. 2019. № 3. С. 287-291. DOI: 10.15372/KhUR2019135 Q4.
  4. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Bi3+ на Au(111).
    Электрохимия. 2019. Т. 55. № 1. С. 116-124. DOI: 10.1134/S0424857018130467.
  5. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Pb2+ на Au(111).
    Электрохимия. 2019. Т. 55. № 1. С. 60-69. DOI: 10.1134/S0424857018130443.
  6. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Tl+ на Au(III)..
    Электрохимия. 2019. Т. 55. № 10. С. 1248-1260. DOI: 10.1134/ S0424857019090123.
  7. Генцелев А.Н., Кузнецов С.А., Дульцев Ф.Н., Гольденберг Б.Г., Зелинский А.Г., Кондратьев В.И., Таныгина Д.С. Реализация терагерцовых фильтров высоких частот на основе цельнометаллических микроструктур с использованием глубокой рентгенолитографии.
    Автометрия. 2019. Т. 55. № 2. С. 14-27.
  8. Рогожников Н.А. Взаимодействие таллия с гранью (111) золота. Квантово-химический анализ.
    Электрохимия. 2018. Т. 54. № 11. С. 897-907. DOI: 10.1134/S0424857018130455.
  9. Белобаба А.Г., Маслий А.И. Влияние поверхностно-активных веществ на катодное осаждение теллура из щелочных растворов.
    Химия в интересах устойчивого развития. 2018. Т.26. С. 7-12. DOI: 10.15372/KhUR20180102.
  10. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции атомов Pd  на Au(111).
    Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54. № 2. С. 119-128. DOI: 10.7868/S004418561802002X.
  11. Кошев А.Н., Варенцов В.К. Математическое моделирование работы реактора с проточными трехмерными электродами в режиме предельного диффузионного тока в условиях нестационарности.
    Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 5. С. 497-503.  DOI: 10.1134/S0040357118050068. 
  12. Кошев А.Н., Варенцов В.К. Математическое моделирование эффективных систем реакторов с проточными трехмерными электродами.
    Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 1. С. 93-102.  DOI: 10.7868/S0040357118010128. 
  13. Варенцов В.К., Кошев А.Н., Сухов И.Ф. Процессы совместного электроосаждения золота и серебра из сернокислых растворов на проточном электроде.
    Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 4. С. 391-402. DOI: 10.1134/S0040357118040140.
    Публикации в трудах международных конференций
  1. Александрова Т.П., Овчинникова С.Н., Коцаренко Ю.И. Динамика формирования и ингибирующие свойства самоорганизующихся монослоев додекантиола на медном электроде в щелочном растворе.
    15 Международные Фарабиевские чтения = 5 International Farabi readings. Казахстан. Алматы. 3-13 апреля 2018 г. Химические технологии функциональных материалов (Chemical technology of functional materials) : материалы 4 Международного Российско-Казахстанской научно-практической конференции. Казахстан. Алматы. 12-13 апреля 2018 г. Алматы : Казах университет?. 2018. С. 51-53.
  2. Рогожников Н.А. Изучение адсорбции ионов висмута на грани золота (iii).
    5 Международные Фарабиевские чтения = 5 International Farabi readings. Казахстан. Алматы. 3-13 апреля 2018 г. Химические технологии функциональных материалов (Chemical technology of functional materials) : материалы 4 Международного Российско-Казахстанской научно-практической конференции. Казахстан. Алматы. 12-13 апреля 2018 г. Алматы : Казах университет?. 2018. C. 58-60.
  3. Овчинникова С.Н., Александрова Т.П. Сравнительное изучение электрохимического поведения золота и меди с адсорбированными тиолами.
    Сборник тезисов докладов V Международной научно-практической конференции 'Теория и практика современных электрохимических производств'. Санкт-Петербург. 2018. C. 45-47.
    Тезисы докладов на международных конференциях
  1. Медведев А.Ж., Маслий А.И., Лукьянов В.О. Анализ эффективности работы проточных пористых электродов с перпендикулярными векторами тока и протока раствора (flow-by porous electrode, FBPE) в потенциостатическом режиме
    Сборник тезисов докладов V Международной научно-практической конференции 'Теория и практика современных электрохимических производств' (3-6 декабря 2018 г.). СПб.: 2018. С. 20-21.
  2. Белобаба А.Г., Маслий А.И. Влияние концентрации щелочи на скорости целевой (осажде-ние металлического теллура) и побочной (образование дителлурид-аниона) катодных реак-ций при электролизе теллуритных растворов.
    Сборник тезисов докладов V Международной научно-практической конференции 'Теория и практика современных электрохимических производств' (3 - 6 декабря 2018 г.). Санкт-Петербург, 2018. С.138-139.