У 2020 році завершено виконання 2 фундаментальних НДР:

 Тема: «Керований електрохімічний синтез композиційних матеріалів металоксид-ПАР» (номер державної реєстрації 0118U003397)

Керівник НДР: Веліченко Олександр Борисович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. фізичної хімії.

Мета: розробка наукових основ керованого електрохімічного синтезу композиційних матеріалів металоксид-поверхнево-активна речовина з прогнозованими складом, фізико-хімічними та функціональними властивостями.

У результаті виконання НДР уперше в світовій науці реалізовано комплексний підхід до створення наукових засад керованого електрохімічного синтезу композитних матеріалів металоксид-ПАР із прогнозованими складом, фізико-хімічними та функціональними властивостями. Запропонована новітня теорія керованого електрохімічного синтезу композиційних матеріалів даного типу, принципи управління функціональними властивостями та ефективного застосування одержаних композитів в каталізі та електрохімічній енергетиці. Запропонований оригінальний підхід у створенні композиційних матеріалів металоксид-ПАР, що полягає в одночасному управлінні процесом утворення композиту, його складом та властивостями за рахунок впливу селективної адсорбції різних типів ПАР як на електрохімічні процеси, що проходять на поверхні електроду, так і колоїдно-хімічні в навколоелектродній зоні. Використання багатокомпонентних добавок із селективним впливом кожного компонента на різні процеси суттєво збільшило можливості управління складом та властивостями оксидних композиційних матеріалів порівняно з їх модифікуванням добавками іонів та іншими оксидами або неметалічними матеріалами. Наявність ПАР в таких системах може виконувати як самостійну функцію зміни властивостей композиту за рахунок їх включення в об’єм композита та модифікації поверхні, так і допоміжну – змінювати колоїдно-хімічні властивості частинок дисперсної фази, що утворюються в навколоелектродній зоні та беруть участь у формуванні композиційного матеріалу, в тому числі на внутрішніх поверхнях пористих матеріалів. Додатково це дало можливість осадження композиційного матеріалу металоксид-ПАР на поверхнях напівпровідників та діелектриків в умовах конвективної дифузії або підводу колектора струму на невелику відстань. Одночасне використання різних за природою ПАР та допоміжних речовин значно розширює можливості керування процесом.

Тема: «Фундаментальні засади електрохімічних процесів осадження і обробки металів у електролітах на основі низькотемпературних евтектичних розчинників» (номер державної реєстрації 0118U003398)

Керівник НДР: Данилов Фелікс Йосипович, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. наук, проф., проф. каф. фізичної хімії, директор НДІ Гальванохімії.

Мета: встановити фундаментальні закономірності впливу будови подвійного електродного шару та адсорбції поверхнево-активних речовин на кінетику стадійного перенесення заряду при електроосадженні металів із електролітів на основі низькотемпературних евтектичних розчинників (DES). Встановити основні закономірності впливу умов електролізу та складу електролітів на процеси, що відбуваються при електрохімічному синтезі гальванічних покриттів металами, сплавами і композитами, а також при анодній обробці поверхні металів з використанням нового типу іонних рідин – низькотемпературних евтектичних розчинників. Виявити фактори керованого впливу на кінетику процесів електроосадження та комплекс функціональних властивостей утворюваних покриттів.

При виконанні науково-дослідної роботи уперше виявлено, що при осадженні хрому з використанням електроліту на основі низькотемпературного евтектичного розчинника (DES) можливе утворення високоякісних хромових осадів з доброю адгезією до основи. При цьому вихід за струмом практично не зменшується протягом електролізу, чим дані системи відрізняються від описаних раніше в літературі процесів для осадження хрому з водяних розчинів сполук Cr(III), де вихід за струмом швидко знижується майже до нульового значення. Окрім того, електрохімічне осадження товстошарових покриттів із запропонованих електролітів відбувається з унікально високим для хрому виходом за струмом, що досягає у певних випадках 40–50% (у “традиційних” системах вихід за струмом не перевищує 10–20%).

Встановлено механізм анодної поведінки металів у електролітах на основі низькотемпературних евтектичних розчинників, зокрема, можливий механізм процесу електрохімічного полірування алюмінію в ethaline. Показано, що розчинення алюмінію при електрополіруванні відбувається практично зі 100% виходом за струмом, при цьому швидкість розчинення, в залежності від значення анодного потенціалу, становить 1–4 нм/хв. Принциповою відмінністю розглянутого електроліту для електрохімічного полірування алюмінію від відомих прототипів є проведення процесу за кімнатної температури, а не при 90–100°С і використання нейтральних розчинів, а не висококонцентрованих розчинів сильних мінеральних кислот.

Вивчено вплив складу електроліту і умов електролізу на електроосадження нікелю з електроліту на основі ethaline. Виявлено, що при порівняно невисоких густинах струму (до 1 А/дм²) вихід за струмом реакції осадження нікелю близький до 95–100% і при цьому формуються компактні блискучі і напівблискучі покриття з задовільною адгезією до підкладки. Введення додаткової води до складу електроліту приводить до згладжування рельєфу поверхні (утворюються більш рівномірні осади з дрібнозернистою структурою). З електроліту нікелювання на основі ethaline утворюються нанокристалічні покриття з розміром кристалітів порядку 3–6 нм. Принциповою відмінністю отриманих результатів від відомих прототипів є те, що нанокристалічні покриття утворюються без спеціально доданих органічних ПАР. Додавання води до складу електролітів сприяє покращенню корозійної стійкості та зростанню мікротвердості гальваноосадів.

Відмінністю даного дослідження є використання принципово нових типів електролітів (неводних електролітів на основі нового покоління іонних рідин), що дозволяє суттєво підвищити продуктивність процесів електроосадження (у деяких системах у 1,5–2 рази), отримати новітні типи сплавів і композитів з комплексом покращених фізико-хімічних і функціональних властивостей, запропонувати прийнятні з екологічної точки зору електрохімічні системи.

У 2020 році завершено виконання 5 прикладних НДР:

 Тема: «Наукові основи одержання радіопрозорих керамічних матеріалів, оптичного скла та захисних композиційних покриттів спеціального призначення» (номер державної реєстрації 0118U003396)

Керівник НДР: Голеус Віктор Іванович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. хімічних технологій кераміки, скла та будівельних матеріалів (ХТКС та БМ).

Мета: розробка фізико-хімічних основ технології нових вітчизняних скло- та склокристалічних матеріалів, які володіють комплексом спеціальних властивостей і застосовуються в приладобудуванні, авіаційній та ракетно-космічній техніці.

За результатами виконання науково-дослідної роботи:

• визначено ефективні шляхи та найбільш раціональні параметри зміцнення радіопрозорої склокераміки, яка отримана в оксидних системах Li₂O – Al₂O₃ – SiO₂, MgO – Al₂O₃ –SiO₂ за енергоефективною технологією, а також кварцової кераміки;
• встановлено фізико-хімічні закономірності формування структури і фазового складу дослідних склокерамічних матеріалів і металокерамічних покриттів у взаємозв’язку з основними показниками, які визначають їх працездатність в умовах експлуатації;
• експериментально-статистичними методами розроблено математичні моделі залежностей властивостей металокерамічних покриттів та оптичних стекол від їх оксидного складу;
• напрацьовано практичні рекомендації щодо основних технологічних параметрів виготовлення виробів зі спеціальними властивостями на основі розроблених скло- та склокристалічних матеріалів, а також проведені їх виробничі випробування. Для виготовлення склокристалічних матеріалів за принципом реакційного формування структури запропоновано використання відносно легкоплавких стекол (температура варки 1100–1300°С) і формування виробів за простою керамічною технологією з температурою спікання не вище 1300°С.

Створення наукових засад технології виготовлення композиційних неметалевих матеріалів з заданим комплексом спеціальних властивостей є передумовою для розробки проектно-технологічної документації щодо створення виробництва носових обтічників малогабаритних радіокерованих ракет та металокерамічних покриттів для двигунів ракет в умовах КБ «Південне», а також виробництва оптичного скла в умовах ДП «Ізюмський приладобудівний завод», що підтверджується листами-підтримки. У 2018 році з Костянтинівським державним науково-виробничим підприємством «Кварсит» укладено договір про спільні дослідження в галузі технології скло-, склокристалічних та керамічних матеріалів, які володіють комплексом спеціальних властивостей. Реалізація результатів досліджень забезпечить одержання високоякісних вітчизняних продуктів навіть за умов невисокого рівня технічного оснащення українських підприємств. Крім того, результати виконання проекту знайдуть використання у науковій і виробничій галузях суспільної практики для вирішення питань енергозбереження, що є важливими для економіки як України, так і світової.

Тема: «Одержання нанодисперсних цирконійвмістних функціональних оксидних порошкових матеріалів та плівкових покриттів із складних метансульфонатних комплексів Цирконію(IV)» (номер державної реєстрації0118U003399)

Керівник НДР: Верещак Віктор Григорович, д-р техн. наук., проф., проф. каф. технології неорганічних речовин та екології (ТНР та Е), в.о. зав. НДЛ хімії та технології порошкових матеріалів (НДЛ ХТПМ).

Мета: розробка методик одержання нанодисперсних неагрегованих порошків складних оксидів типу Zr(1-х)MeхOy, як вихідних матеріалів для виготовлення функціональної кераміки, наповнювачів для плівок від надвисокочастотного (НВЧ) випромінювання та радіопоглинаючих композитів і плівкових покриттів різного функціонального призначення зі складних метансульфонатних комплексів Цирконію(IV).

В результаті виконання науково-дослідної роботи вперше одержані, досліджені та охарактеризовані прості та складні гетерометалічні метансульфонатні сполуки цирконію(IV), і як показали дослідження, є перспективними прекурсорами для одержання нанодисперсних порошків оксидів цирконію, що використовуються для виготовлення на новому якісному рівні передових конструкційних та функціональних цирконійвмісних матеріалів. Отримані нові знання щодо плівкоутворюючої спроможності метансульфонатних комплексів Цирконію(IV) дають можливість сформувати новий напрямок наукових досліджень в галузі отримання надтонких функціональних та захисних плівок (5-10 нм) різного функціонального призначення. Використання гетерометалічних метансульфонатних сполук цирконію(IV) як вихідних прекурсорів для одержання нанодисперсних цирконійвмісних функціональних оксидних порошкових матеріалів та плівкових покриттів замість традиційних органічних лігандів, має незаперечні переваги: запропоновані сполуки належать до так званої «зеленої хімії», для них характерна низька собівартість виготовлення, можливість утворення складних комплексних сполук, хороша розчинність у воді та спиртах, низькі температури розкладання, високі плівкоутворюючі властивості.

Отримані результати (матеріали, методики тощо) можуть бути використані в різних галузях. Наприклад, надміцна конструкційна кераміка може бути використана в різних складових теплових агрегатів, керамічних підшипниках, соплах, вузлах тертя та інше; біокераміка – у складі штучних кісток людини, ендопротезах кульшових суглобів, імплантах зубних протезів; функціональна кераміка – у твердих електролітах та анодах для твердотільних паливних комірок типу «Fuel Sells»; фотоактивна кераміка для отримання гідрогену; адсорбенти; носії та каталізатори; наповнювачі для НВЧ та радіопоглинаючих композитів; теплові захисні покриття для елементів космічної та військової техніки.

Тема: «Функціоналізація оксидно-керамічних покриттів на легких сплавах для об’єктів різного призначення» (номер державної реєстрації 0117U006414)

Керівник НДР: Калініченко Олег Олександрович, канд. техн. наук, доц. каф. технологій палив, полімерних та поліграфічних матеріалів (ТПП та ПМ).

Мета: функціоналізація тугоплавких оксидно-керамічних покриттів, утворених методом плазмово-електролітичного оксидування з водних розчинів на сплавах алюмінію, титану і магнію.

При виконанні наукової роботи вперше виявлено чотири послідовні стадії переходу процесу з фази звичайного анодування до стану плазмового електролізу. Перша стадія відповідає утворенню оксиду по електрохімічному механізму; друга – паралельним реакціям росту/розчинення оксиду; третя – пригніченню розчинення і початку виділення кисню; четверта – плазмохімічним реакціям на поверхні анода. Друга і четверта стадії характеризуються мінімальним виходом оксиду за струмом. Запропоновано механізм утворення водню в анодному газі на останньому етапі електролізу. Одержано серії покриттів на сплавах третього покоління Ti-15Mo із співвідношенням Са/Р=0,5-2,5, на відміну від сучасних аналогів, де максимальне співвідношення Са/Р=0,055-1,72. Біоактивність титанових зразків з кальцій-фосфатними покриттями вивчені шляхом експозиції в розчині, який моделює іонний склад міжтканинної рідини людського організму (SBF-тест). Всі зразки з кальцій-фосфатними покриттями підлягали випробуванням в умовах життєздатності клітин і/або проліферації з використанням резазурин-тесту. При витримці зразка в рідині, що моделює склад міжтканинної рідини організму людини (SBF-тест) збільшується рухливість іонів Са и Р, що призводить до їх вивільнення і прискоренню утворення зародків кристалів гідроксиапатиту. Це говорить про біосумісність і навіть про стимулюючий вплив Са-Р покриття на поширення остеобластів. Доведено, що захисні покриття на сплаві магнію AZ-31 зменшують швидкість корозії у 3% розчині NaCl майже у 50 разів. Вивчені різні комбінації активних металів в покриттях, призначених для створення каталізаторів допалу дизельної сажі. Встановлено, що одержані покриття знижують температуру згоряння дизельної сажі приблизно на 180°С. Розроблено та апробовано удосконалений метод нанесення основи для створення каталізатору. Встановлено, що метод плазмово-електролітичного оксидування (ПЕО) дозволяє ввести вольфраму у покриття у 50 разів більше, ніж метод просочення заздалегідь отриманого оксидного покриття. У більшості сучасних каталізаторів використовують дорогоцінну платину. Автори НДР використовують більш дешеві каталітично-активні метали (Cu, Ni, Co, Mo, W), що робить виробництво дешевшим. Окрім того, на відміну від сучасних аналогів, де метали вводять у покриття методом просочення, запропоновано удосконалений метод нанесення основи для створення каталізатору, який передбачає включення активного металу безпосередньо до електроліту. При додаванні до електроліту натрію вольфрамовокислого пористість залежить тільки від часу процесу і має екстремальну залежність з максимумом при 25 хв. Встановлено, що товщина покриття при проведенні ПЕО у розчини рідкого скла зростає більше при подовженні часу процесу, ніж при підвищенні концентрації скла у електроліті у 1,7 рази. При додаванні до електроліту натрію вольфрамовокислого покриття практично не росте з часом при концентрації скла до 5 г/л.

Тема: «Нові потенціометричні сенсори для аналізу і екологічного моніторингу об’єктів довкілля» (номер державної реєстрації0117U006415)

Керівник НДР: Волнянська Олена Вікторівна, канд. хім. наук, доц. каф. АХ і ХТХД та КЗ.

Мета: на основі комплексних досліджень взаємодії органічних сполук з гетерополіаніонами структури Кеггіна розробити нові потенціометричні сенсори для кількісного визначення забруднювачів навколишнього середовища з оптимальними метрологічними характеристиками.

В процесі виконання роботи проведені дослідження реакцій взаємодії катіонів органічних сполук тіабензазолу, кокамідопропілбетаїну, етонію, бензалконію хлориду, деструктованого полігексаметиленгуанідіну, бензетонію хлориду та комплексу полісорбат-20-барій з гетерополіаніонами (ГПА) структури Кеггіна [РМо₁₂О₄₀]^3– та [РW₁₂О₄₀]^3–, оскільки на відміну від інших протиіонів, гетерополіаніони структури Кеггіна мають низку переваг: утворюють стійкі асоціати з органічними катіонами та обумовлюють виникнення стабільного потенціалу на поверхні мембрани сенсора. Вивчено склад нових сполук сталого складу з іонно-асоціативним характером зв’язку органічних катіонів з аніонами 12-молібдофосфатної та 12-молібдовольфраматної кислот. Також вивчено механізм взаємодії таких сполук з полімерною матрицею і умови формування стабільного мембранного потенціалу. Синтезовані малорозчинні сполуки сталого складу з іонно-асоціативним характером зв’язку органічних катіонів з аніонами 12-молібдофосфатної та 12-вольфрамофосфатної кислот використані в якості електродно-активних речовин для пластифікованих мембранних сенсорів, чутливих до визначуваних речовин. Обрано оптимальні умови проведення досліджень та досліджено залежність електродних характеристик розроблених потенціометричних сенсорів від різних умов. На основі отриманих даних розроблено та апробовано методики визначення вмісту катіонних та амфолітних нітрогеновмісних ПАР, неіонних ПАР та консервантів у субстанціях досліджуваних речовин на різних об’єктах досліджень методом прямої потенціометрії з використанням розроблених сенсорів. Аналіз світового та українського ринків потенціометричних сенсорів показав, що мембранні сенсори завдяки своїй простоті використання є дуже затребуваними.

Тема: «Розробка наносистем для спрямованої доставки лікарських препаратів» (номер державної реєстрації 0117U006416)

Керівник НДР:  Китова Діна Євгеніївна, канд. хім. наук, доц., доц. каф. неорганічної хімії.

Мета: розробка методів створення нанорозмірних ефективних лікарських форм цільового призначення,  навантажених сполуками перехідних елементів на основі фосфатів органічного та неорганічного походження для різного типу введення, проведення фізико-хімічного аналізу цих форм та виявлення найбільш ефективних параметрів для їх створення.

В результаті виконання НДР одержані нові знання з хімії комплексних сполук та їх наночасток з біологічною активністю, розроблені методи синтезу нових комплексних сполук ренію(ІІІ). Дослідження їх будови та властивостей дозволило одержати нові знання з будови унікального почверного зв’язку реній-реній та розширити існуючі уявлення за рахунок аналізу впливу лігандів не лише на фізико-хімічні характеристики синтезованих речовин, а і на їх біологічну активність. Визначено, що можливе використання комплексних сполук диренію(ІІІ) як біологічно активних речовин, які здатні проявляти антиракову, антиоксидантну, цитостабілізуючу, гепатопротекторну, імуномодулюючу та інші види біоактивності за низької токсичності. Комплексні сполуки ренію(I) можуть бути використані як біологічні маркери для візуалізації клітин, у тому числі для діагностування онкологічних захворювань та відстежування розподілу фармацевтичних препаратів у живому організмі. N-гетероциклічні ліганди підвищують люмінесцентні властивості координаційних сполук Re(I), що дозволить їх подальше використання у медичній практиці. Природа носія (цирконій гідрофосфат, фосфоліпіди) та діючої речовини (комплексні сполуки диренію(ІІІ) обумовлюють не токсичність для здорових клитін та цитотоксичну дію щодо ракових клітин, що дає підставу прогнозувати відсутність побічних ефектів і як наслідок більше зниження вартості лікування. Оптимальні розміри (100-150 нм) та форма отриманих наносистем (плоскі гексагональні наночастки) сприяє добрій проникній здатності до ракових клітин. Дослідження щодо доцільності використання наносистем націленої дії, навантажених сполуками Pенію в медицині та диагностиці показало значне зниження вартості лікування пухлинних захворювань. Крім того, вартість існуючих препаратів набагато перевищує потенційну вартість препаратів на основі сполук Ренію, що робить їх конкурентоспроможними на фармацевтичному ринку.

У 2019 році завершено виконання 2 фундаментальних НДР:

 Тема: «Цілеспрямований синтез сполук ренію в низьких ступенях окиснення та їх наночасток з біологічною активністю» (номер державної реєстрації 0117U001159)

Керівник НДР: Штеменко Олександр Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. неорганічної хімії.

Мета: синтез нових комплексних сполук Re(I) та Re(III), дослідження їх властивостей та механізму біологічної дії, розробка ефективних проліків (prodrugs) на основі кластерних сполук ренію.

В результаті виконання НДР одержані нові знання з хімії комплексних сполук та їх наночасток з біологічною активністю, які можуть стати основою для подальшого розвитку теорії мультиплетного хімічного зв’язку та теорії будови координаційних сполук. Розроблені методи синтезу нових комплексних сполук ренію(ІІІ), дослідження їх будови та властивостей дозволили одержати нові знання з будови унікального почверного зв’язку реній-реній та розширити існуючі уявлення за рахунок аналізу впливу лігандів не лише на фізико-хімічні характеристики синтезованих речовин, а і на їх біологічну активність. Одержані дані підтверджують віднесення механізму взаємодії кластерних сполук ренію(ІІІ) у живій клітині до редокс-активації антиканцерогенних речовин, яка пояснює активність таких препаратів тільки у раковій клітині, де редокс-стан набагато відрізняється від редокс-стану звичайної клітини. Визначено, що можливе використання комплексних сполук диренію(ІІІ) як біологічно активних речовин, які здатні проявляти антиракову, антиоксидантну, цитостабілізуючу, гепатопротекторну, імуномодулюючу та інші види біоактивності за низької токсичності. Крім того, комплексні сполуки ренію(I) можуть бути використані як біологічні маркери для візуалізації клітин, у тому числі для діагностування онкологічних захворювань та відстежування розподілу фармацевтичних препаратів у живому організмі. Крім того, N-гетероциклічні ліганди підвищують люмінесцентні властивості координаційних сполук Re(I), що дозволить їх подальше використання у медичній практиці для візуалізації клітин або відстеження розподілу фармацевтичних препаратів у живому організмі. Доведено, що синтезовані координаційні сполуки на основі карбонілів ренію(I) з N-гетероциклічними лігандами проявляють люмінесцентні властивості та придатні для візуалізації, завдяки чому можуть знайти застосування як біомаркери. Потенційні споживачі продукції – усі об’єкти, що включені у сферу охорони здоров’я, фармацевтичні виробництва. Синтезовані комплексні сполуки ренію(ІІІ) з природними карбоновими кислотами будуть застосовані як нетоксичні антиракові речовини з широким спектром біологічної активності для підвищення якості медичного обслуговування населення України. Дослідження коригуючих властивостей наноліпосомних форм та наночасток кластерних сполук ренію дасть можливість подальших передклінічних фармакологічних досліджень сполук ренію та їх наноформ з метою використання даних препаратів в медицині у патологічних станах.

Тема: «Явище фазоутворення металів через стадію переохолодженого рідкого стану в процесі електрокристалізації та напрями його використання» (номер державної реєстрації 0117U001160)

Керівник НДР: Гірін Олег Борисович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. матеріалознавства

Мета: установити невідоме раніше явище фазоутворення металів через стадію переохолодженого рідкого стану в процесі електрокристалізації та розробити напрями наукового і практичного використання цього явища в енергетиці, металургії та ракетно-космічній техніці.

В результаті виконання науково-дослідної роботи одержане нове знання у вигляді наукових ефектів:

• збільшення швидкості реакції електрохімічного відновлення іонів електроосаджуваних металів і сплавів при заміні твердого катода на рідкий однакового хімічного складу;
• інтенсифікації процесу формування інтерметалідів на межі розділу металевий катод / метал, що електрокристалізується, при заміні твердого катода на рідкий однакового хімічногоскладу;
• виникнення додаткових інтерметалідів, збагачених елементами катоду, при заміні твердого катода на рідкий однакового хімічного складу;
• виникнення нової кристалографічної текстури з меншою поверхневою енергією в металах при електрокристалізації під впливом незначної зовнішньої сили у напрямку, протилежному вихідній осі текстури;
• наявності відбитків неметалевих частинок із зображенням їх конфігурації та морфології в місцях відшарування останніх від поверхні осадів металів, електрокристалізованих при незначному зовнішньому силовому впливі під кутом до фронту кристалізації;
• електрохімічного фазоутворення поліморфних металів у вигляді метастабільних модифікацій, характерних для металів, що закристалізовані з рідкого стану з дуже великою швидкістю;
• дотримання певного орієнтаційного співвідношення між зернами стабільної та метастабільної модифікацій електроосаджуваного поліморфного металу, що є характерним для фазових переходів, які відбуваються з дуже великою швидкістю.

На основі узагальнення одержаних результатів доведено існування явища електрохімічного фазоутворення металів через стадію переохолодженого рідкого стану та представлено формулу наукового відкриття. Виявлене явище може бути використано в базових галузях техніки, таких, як енергетика, металургія та ракетно-космічна техніка, що сприятиме укріпленню національної безпеки та обороноздатності України. Так, застосування установленого явища при виробництві літієвих хімічних джерел струму дозволило знизити перехідний електроопір приблизно на 10%, в металургії при виробництві труб корозійну стійкість цинкового електропокриття підвищено в 3рази, в ракетно-космічній техніці при виготовленні виробів спеціального призначення адгезійну міцність покриття при відшаруванні підвищено у 8 разів. Використовуючи одержані результати можна створювати принципово нові типи електрохімічних матеріалів у вигляді плівок, покриттів та фольги, які мають унікальні властивості (високі показники електричних, магнітних, захисних властивостей тощо).

У 2019 році завершено виконання 1 прикладної НДР:

 Тема: «Теоретичні і експериментальні закономірності гетерогенних хімічних процесів синтезу і переробки складнооксидних хемосорбентів, каталізаторів та мінеральної сировини» (номер державної реєстрації0117U001161)

Керівник НДР: Ніколенко Микола Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. аналітичної хімії і технології харчових добавок та косметичних засобів (АХ і ХТХД та КЗ).

Мета: встановлення нових знань про гетерогенні хімічні процеси, що мають місце при синтезі і хімічному розкладанні багатокомпонентних оксидних матеріалів, та їх удосконалення, що дозволить визначити оптимальні умови хімічної переробки мінеральної сировини з отриманням продукції, яка має високий попит в хімічній та суміжних галузях промисловості.

За результатами виконання науково-дослідної роботи була запропонована нова теорія синтезу багатокомпонентних оксидних матеріалів, яка розроблялась на основі моделі «жорстких» і «м’яких» кислот і основ. Була отримана математична модель процесу термообробки сумішей гідроксидів завдяки дослідженню кінетики топохімічних реакцій цинку і титану(IV) гідроксидів, що дозволяє досліджувати вплив ряду технологічних параметрів на швидкість протікання як окремих стадій, так і всього процесу в цілому, а також визначати раціональні способи підвищення продуктивності і економічності процесу синтезу в цілому. Модель добре зарекомендувала себе при описі міжмолекулярної взаємодії і може бути використана для вибору компонентів композицій оксидів d-металів з метою отримання матеріалів з новими хемосорбційними і каталітичними властивостями. Такі дослідження дозволили перевірити гіпотезу про можливість об’єднання кислотних та лужних оксидів з отриманням синергетичного ефекту для їх поверхневих властивостей. Досліджена можливість існування кореляційних залежностей між сорбційними властивостями і електронною будовою речовини. Основою для таких кореляцій є відомі квантово-хімічні моделі розділення міжмолекулярної взаємодії на дві групи: із зарядовим та орбітальним контролем.

Результати дослідження мають певну наукову і практичну цінність, оскільки отримані нові знання про теоретичні і експериментальні закономірності гетерогенних хімічних процесів синтезу і хімічного розкладання багатокомпонентних оксидних матеріалів. Такі знання є науковим підґрунтям для розробки нових хемосорбентів і каталізаторів, а також дозволяють визначити оптимальні технологічні умови хімічної переробки мінеральної сировини з метою одержання продукції, яка має високий попит в хімічній і суміжних галузях промисловості: для розробки нових технологій отримання сорбентів і каталізаторів; для розробки заходів по підвищенню ефективності переробки титановмісної сировини та процесів хімічного розкладання багатокомпонентних речовин. Отримані результати мають подвійне використання, наприклад, в зв’язку з використанням складних нікель-титанових гідроксидів у суперконденсаторах.

Прикладом доцільності використання коштів державного бюджету є та частина роботи, в якій проведені дослідження з переробки мінеральної сировини. Як відомо, Україна володіє великими запасами ільменіту, які складаються із 40 розвіданих розсипних та корінних родовищ, на 16-ті із яких в теперішній час проводиться промисловий видобуток і збагачення. Основні запаси зосереджені у формі рудних розсипів Малишевського і Іршинського родовищ. Ільменітові концентрати, які одержані з цих родовищ, відрізняються своїм мінералогічним складом і, відповідно, хімічними властивостями. Достовірно доказано, що переробка ільменітового концентрату Малишевського родовища сульфатним способом розкриття навіть при використанні найбільш “жорстких” умов сульфатизації з використанням концентрованої сульфатної кислоти і температури до 200°С не дозволяє в достатній мірі розкривати вихідний рудний матеріал. Це приводить до відносно низького ступеню використання сировини, зниженню загальної ефективності виробництва і відносно низьким показникам якості готового продукту. Технологія переробки ільменіту сульфатним методом є достатньо поширеною в світі і реалізована в провідних фірмах США, Англії, Германії, Франції, Японії тощо. Незважаючи на поширеність сульфатного способу переробки ільменітових руд, відчувається дефіцит інформації про його виробництво, особливо в плані практичних рекомендацій. Натепер в Україні немає спеціалізованих науково-дослідних організацій, котрі б займались цими питаннями. Результати системних досліджень в цьому напрямку дозволили встановити оптимальні способи інтенсифікації процесів переробки титановмісної сировини і тим самим підвищити конкурентоспроможність даної хімічної продукції. Враховуючи масштаби такого виробництва, можна зробити висновок, що очікувані економічні (а також і соціальні) ефекти від використання результатів роботи безсумнівно перевищать витрати на його проведення.

У 2018 році завершено виконання 1 фундаментальної НДР:

 Тема: «Композиційні каталізатори комбінованого типу в проточних системах для застосування в зонах локальних конфліктів» (номер державної реєстрації 0116U001490)

Керівник НДР: Лук’яненко Тетяна Вікторівна, д-р хім. наук, проф., проф. каф. фізичної хімії.

Мета: розробка новітньої теорії керованого електрохімічного синтезу композиційних каталізаторів комбінованого типу, а також наукових та експериментальних основ їх ефективного використання в проточних умовно безреагентних системах для руйнування хімічних та біологічних токсикантів.

У результаті виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• показано, що кінетика співосадження часточок дисперсної фази з металічною матрицею адекватно описується удосконаленою моделлю Гуглієльмі. Фізико-хімічні властивості композитів суттєво відрізняються від властивостей металічної або оксидної матриці і визначаються їх складом;
• запропоновані нові кінетичні параметри, які дозволяють задовільно описати процес електроосадження металічної та оксидної матриці з суспензійних електролітів і пояснити збільшення швидкості процесу в присутності часточок дисперсної фази, що не мають власної електрохімічної активності;
• досліджено закономірності процесу формування плівки діоксиду церію на поверхні електроосадженого композиційного покриття Fe/TiO₂ шляхом катодної обробки у розчині метансульфонату церію(III); підтверджено, що композиційні покриття Fe/TiO₂ із сформованою на їх поверхні захисною плівкою мають відносно високу фотокаталітичну активність. Отримані нові уявлення про процеси електросадження оксидних електрокаталізаторів на матрицю-фотокаталізатор з задовільною електричною провідністю та підвищеною каталітичною активністю за рахунок утворення субоксидів титану. А новим розумінням стала розроблена методика керованого електрохімічного синтезу композиційних каталізаторів комбінованого типу з матрицею-фотокаталізатором, на яку, в якості активного шару, нанесені металічні або оксидні покриття, а також теорію керованого електрохімічного синтезу композиційних каталізаторів комбінованого типу;
• створені загальні засади комплексного використання композиційних каталізаторів комбінованого типу в проточних умовно безреагентних системах для руйнування хімічних та біологічних токсикантів.

Отримані результати є науковим підґрунтям розробки новітніх високоефективних портативних пристроїв – проточних, умовно безреагентних систем для руйнування хімічних та біологічних токсикантів для використання в зонах локальних та глобальних військових конфліктів, за умов потенційних загроз хімічного та(або) біологічного ураження через воду або повітря. Основні наукові результати та комплексна теорія керованого електрохімічного синтезу композиційних каталізаторів комбінованого типу і їх ефективного використання в проточних умовно безреагентних системах для руйнування хімічних та біологічних токсикантів cтане новим феноменом хімічної науки і поштовхом до розвитку суміжних галузей наукових знань.

У 2018 році завершено виконання 5 прикладних НДР:

 Тема: «Одержання новітніх композиційних матеріалів на основі плазмохімічно синтезованих нанорозмірних металовмісних сполук» (номер державної реєстрації 0117U001162)

Керівник НДР: Півоваров Олександр Андрійович, д-р техн. наук, проф., ректор, в.о. зав. НДЛ плазмохімічних процесів (НДЛ ПХП)

Мета: розробка новітніх композиційних матеріалів на основі плазмохімічно синтезованих нанорозмірних металовмісних сполук в технологіях водоочищення та водопідготовки, хімічній промисловості, біотехнології та медицині.

У результаті виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• методика одержання функціональних композитних матеріалів на основі плазмохімічно синтезованих біметалічних сполук та феромагнетиків. Отримання композитних матеріалів здійснюється в дві стадії з попереднім формуванням біметалевих сполук та феромагнетиків та наступною їх фіксацією в матриці. На відміну від існуючих методів в якості інструменту синтезу біметалічних сполук та феромагнетиків застосовується стовп розряду контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. В якості матеріалу носія можуть виступати подвійні шаруваті гідроксиди та малорозчинні альгінати;
• системи очищення води на основі функціональних неорганічних сполук. Вони містять композитний матеріал на основі альгінату натрію і введені у його склад монометалічні, біметалічні сполуки. Використання розроблених систем дозволяє одностадійно очищувати та знезаражувати питну воду, що, на відміну від існуючих аналогів, дозволить в декілька разів скоротити кількість етапів обробки питної води та підвищити її якість;
• спосіб отримання дисперсного фериту кобальту. Матеріал отримують з суміші розчинів сульфату заліза та кобальту, осаджених розчином лугу та наступною феритизацією. Використання розробленої технології дозволяє отримувати ферит кобальту з більшими на 20-25% магнітними властивостями шляхом використання комплексного фізико-хімічного впливу розряду плазми. Отриманий матеріал може бути використаний для магнітних датчиків, сенсорів, носіїв інформації, у медицині;
• комплексний фізико-хімічний метод дослідження процесу осадження та співосадження шаруватих подвійних гідроксидів, що вміщує метод залишкових концентрацій, вимірювання електропровідності, уявної висоти осаду та потенціометрії;
• запропоновано використання симплексного методу для аналізу впливу складу на властивості кінцевого продукту;
• спосіб очищення стічних вод від іонів важких металів. Очищення здійснюють шляхом додавання подрібненого сорбційного матеріалу до 10-50 мкм. Використання розробленого способу очищення стічних вод дозволяє, на відміну від відомих аналогів, здійснювати процес очищення в широкому діапазоні водневого показника рН з ступенем очищення 60-98 % шляхом використання як хемосорбенту відходу металургійної промисловості.

Застосування розроблених методів дозволить одержувати модифіковані матеріали комплексної дії при відсутності необхідності заміни фільтрів очищення води. Гранульований композитний матеріал (загрузка фільтру) з наночастинками може бути використаний: для комплексного очищення стічних, підземних та поверхневих вод від іонів важких металів, аніонів, вірусів та мікроорганізмів; в якості фільтруючої загрузки глечик-фільтрів, фільтр-пляшок, побутових та напівпромислових очисних систем водопідготовки. Отримані результати запропоновані підприємствам: товариство з додатковою відповідальністю «Пологівський хімічний завод «Коагулянт»; ТОВ “Бердянськи ковбаси.

Тема: «Розробка високоенергоємних джерел струму на основі українських магнієвих і марганцевих сировинних матеріалів для інноваційного приладобудування» (номер державної реєстрації 0117U001158)

Керівник НДР: Шембель Олена Мойсеївна, д-р хім. наук, проф., зав. НДЛ хімічних джерел струму (ХДС).

Мета: розробка вискоенергоємного хімічного джерела струму Mg – MnO2, який буде задовольняти вимогам автономної роботи інноваційних приладів: висока енергія і потужність, широкий інтервал робочих температур, безпека, низький саморозряд, низька вартість.

Отримані результати мають науково-прикладну новизну і відповідають існуючим аналогам при вирішенні наступних проблем: пасивації межі магнієвий анод – неводний електроліт; склад неводного електроліту; склад і структура катодного матеріалу – MnO₂. Для вирішення зазначених вище проблем були виконані такі принципові розробки, які коротко можна охарактеризувати, як модифікація Mg анода двома шляхами:

• використанням порошків магнію;
• використанням оксидів магнію, синтезованих з використанням технології низькотемпературної плазми.

Розроблено неводний електроліт на основі розчинників, суміші солей і модифікуючих добавок, які розширюють область електрохімічної стабільності неводних електролітів до високих потенціалів, аж до 5В щодо літієвого електрода порівняння. Регулювання і оптимізація структури катодного матеріалу MnO₂ виконувалось з використанням кількох підходів:

а) модифікація хімічносинтезованого MnO₂ шляхом наноструктурованих оксидів;
б) обробка оксиду марганцю з використанням технології низькотемпературної плазми.

Розроблена математична модель та комп’ютерна програма аналізу результатів випробувань експериментальних зразків магнієвих джерел струму та даних інформаційно-вимірювальної системи кореляції параметрів розроблюваного магнієвого джерела струму і експлуатаційних параметрів інноваційних приладів, в яких планується використання даних джерел струму. Підготовлено комплект документів на «Лабораторну технологію виготовлення негативного електроду на основі магнію».

Економічний та соціальний ефект від впровадження результатів роботи перевищить витрати на розробку. Використання українських сировинних електродних матеріалів забезпечить низьку вартість ХДС і незалежність від іноземних фірм. Вартість активних електродних матеріалів, сепараторів та електролітів є основною частиною вартості магнієвих батарей (вартість матеріалів – близько 83%). Обсяг сегмента матеріалів катода в даний час становить 28 тис. тон, що на 82% вище ніж в 2014. Це характеризує перспективи зростання ринку для електродних матеріалів на основі українських руд. Розробка технології інноваційного акумулятору буде вигідніше, ніж придбання технології за ліцензією. Вартість ліцензії на зарубіжні технології виготовлення ХДС становить сотні тисяч доларів. Вартість магнію значно менше, ніж літію і свинцю, а питома об`ємна ємність значно вище. Ці важливі фактори забезпечують перспективи розроблюваного джерела струму.

Тема: «Електрохімічна корозія та захист від корозійного руйнування ряду конструкційних сталей у нових типах іонних рідин» (номер державної реєстрації 0116U006897)

Керівник НДР: Кітик Анна Адамівна, канд. хім. н., ас. каф. фізичної хімії

Мета: встановити основні закономірності процесів електрохімічної корозії ряду конструкційних сталей у різних типах низькотемпературних евтектичних розчинників та розробити комплекс рекомендацій стосовно захисту сталей від корозійного руйнування.

У результаті виконання наукової роботи були отримані наступні результати:

• закономірності електрохімічної корозії конструкційних сталей в низькотемпературних іонних рідинах; виявлено, що ефективним шляхом захисту конструкційної сталі від корозії у низькотемпературних евтектичних розчинниках є попереднє електрохімічне полірування металевих зразків..
• комплекс експериментальних даних щодо корозійної поведінки конструкційних сталей у іонних рідинах; принципи побудови корозійних діаграм;
• метод захисту сталей від корозійного руйнування в іонних рідинах, який дає змогу знизити корозійну активність досліджуваних розчинників. Пропонується їх використання при відносно невеликих температурах у присутності водовіднімаючих агентів або за умов відсутності тривалого контакту з повітрям. У разі, якщо технологічний процес не дозволяє звести до мінімуму потрапляння води до складу розчинників, рекомендується використання інгібіторів корозії;
• рекомендації щодо використання та зберігання низькотемпературних евтектичних сумішей Ethaline та Reline з метою запобігання руйнування конструкційної сталі у зазначених розчинниках;
• запропоновано умови та склад електроліту, що дозволяють досягти максимально високих результатів полірування і відповідно максимального зниження швидкості корозії при подальшій експлуатації полірованих сталевих зразків.

Розробка та впровадження нових екологічних розчинників є одним із основних напрямів «зеленої хімії» сьогодення. Завдяки низькому тиску пари і високій температурі кипіння, новий тип іонних рідин – низькотемпературні евтектичні розчинники Ethaline та Reline є чудовою альтернативою токсичним органічним розчинникам.

Тема: «Розробка комплексних заходів по очищенню та знезараженню питної води» (номер державної реєстрації 0116U006895)

Керівник НДР: Пасенко Олександр Олександрович, канд. техн. наук, доц. каф. технології неорганічних речовин та екології.

Мета: розробка нових комплексних заходів по очищенню та знезараженню води з використанням золь-гель та плазмохімічної технологій, спрямованих на отримання наноструктурованих металоксидних/оксигідроксидних матеріалів та фільтруючих матеріалів.

На основі даних, отриманих в ході виконання роботи, запропоновано перелік нових матеріалів і методик для очищення та знезараження питної води. Їх використання дозволяє досягти якості води, що відповідає вимогам Всесвітньої організації здоров’я:

• спосіб отримання стабілізованих наночасток срібла, що характеризується високою стабільністю та вузьким розподілом часток за розміром;
• спосіб одержання сорбентів на основі метал оксигідроксидів з домішками Ag⁰, який дозволяє досягти гомогенного розподілення сполук Ag⁰ та виключити використання органічної фази при гранулюванні сорбентів;
• спосіб одержання адсорбційно-бактерицидного матеріалу;
• спосіб одержання капсул наночасток срібла. Отриманий за розробленим способом матеріал може бути використаний для виробництва полімерних композицій (гранул, фільтрів, мембран) з бактерицидною активністю для очищення і знезараження природних і стічних вод;
• технологія отримання матеріалів для очищення та знезараження води системою «MeO(OH)_nAg⁰‑дезинфікуючий фільтр»;
• запропоновано методику модифікування поліпропіленового фільтру сумішшю «Ag⁰-метал оксигідроксид», що полягає в просоченні волокон фільтру золем суміші «Ag⁰-метал оксигідроксид» зі ступенем перетворення іонів металів в процесі золеутворення <50% з подальшою хімічною обробкою, яка призводить до збільшення як антибактеріальної так і сорбційної дії.

Використання розроблених багатофункціональних сорбентів та фільтруючих матеріалів може попередити отруєння та інші проблеми зі здоров’ям спричинені мікробіологічним забрудненням та неорганічними домішками, які в невеликій кількості потрапляють у воду зі старих труб та в великій кількості при несправностях очисних і каналізаційних систем, та може спричинити навіть смерть. Залучення розроблених технологій дозволить створити нові робочі місця та знизити вартість домашніх водоочисних систем за рахунок використання простих та високоефективних технологій, що позитивно вплине як на економічний стан регіона‑виробника так і споживачів.

Тема: «Електрохімічна руйнація токсичних органічних речовин ароматичної природи – забруднювачів водного середовища» (номер державної реєстрації 0116U006896)

Керівник НДР: Шмичкова Олеся Борисівна, канд. хім. н., ас. каф. фізичної хімії.

Мета: розробка наукових та експериментальних основ високоефективних технологій електрохімічної руйнації токсичних органічних речовин ароматичної природи – забруднювачів водного середовища.

У результаті виконання наукової роботи були отримані наступні результати:

• метод керованого синтезу анодних матеріалів, відповідно до якого міцність зв’язку оксигеновмісних частинок на поверхні електрода, які приймають участь у реакціях із перенесенням Оксигену, змінюється за рахунок впровадження добавок іонів як у гідратовану так і у кристалічну зону оксиду, що дозволяє управляти селективністю процесів окисного руйнування ароматичних сполук;
• метод електрохімічного модифікування поверхні анодних матеріалів та показано, що модифікування плюмбум діоксиду добавками іонів приводить до відмінностей у морфології поверхні одержуваних осадів, зростання вмісту бета-фази в покритті, що в свою чергу впливає на електрокаталітичну активність у процесах глибокого окисного руйнування токсичних ароматичних сполук;
• новий метал-оксидний каталізатор, модифікований добавками іонів для руйнування токсикантів – органічних речовин та рекомендовані умови електролізу з його використанням: струм поляризації 0,5-5,0 А та швидкість протоку 6,0-8,0 дм³/год;
• технологічну схему очистки води від забруднення органічними речовинами ароматичної природи, яка включає в себе автономну систему подавання води на базі насосу, електролізер та вбудоване або зовнішнє гальваностатичне джерело стуму. Конструкція електролізеру являє собою три послідовно з’єднані бездіафрагменні протокові електрохімічні комірки із коаксіальним розташуванням електродів. Технологічна схема успішно пройшла лабораторні випробування.

Основні методично-практичні напрацювання, отримані у результаті виконання НДР, надали можливість розробити серію перспективних технологій очистки води від небезпечних органічних речовин та застосувати їх на практиці як в умовах промислового виробництва, так і агропромислового та фармацевтичного виробництва, які в поточний момент посідають перші місця з генерації забруднювачів води різного типу.

У 2017 році завершено виконання 4 фундаментальних НДР:

Тема: «Закономірності формування структури нових полімерів та вивчення їх впливу на рівень властивостей полімерних композицій» (номер державної реєстрації 0115U003162)

Керівник НДР: Бурмістр Михайло Васильович, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. наук, проф., зав. каф. переробки пластмас та фото-, нано- і поліграфічних матеріалів.

Мета: виявлення закономірностей формування структури нових полімерів і одержання полімерних композицій із заданими властивостями.

У результати виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• синтезовано полімерні четвертинні амонієві солі на основі похідних морфоліну – іонні рідини нового типу. Досліджено особливості реакцій їх синтезу, встановлено їх хімічну структуру та склад. З’ясовано та пояснено аномальну поведінку нових полімерів у водно-етанольному розчині. Показано, що температурна залежність іонної провідності відповідає рівнянню Арреніуса, а іонні рідини на основі полімерних четвертинних амонієвих солей мають широкий діапазон експлуатації у рідинному стані: від -135⁰С до 150⁰С;
• виявлені закономірності синтезу бортитанорганічних сполук з різним ступенем заміщення функціональних бутоксильних груп на насичені і ненасичені аліфатичні радикали різної природи і довжини аліфатичного ланцюга. Встановлені закономірності регулювання фізико-механічних властивостей модифікованих полімерів і виробів з них;
• встановлена залежність структурних параметрів та властивостей еластомерних матеріалів, які містять модифікуючі систем на основі феноло-формальдегідних олігомерів, а також композиційні добавки на основі естерів жирних кислот, отриманих із сировини тваринного та рослинного походження, від технологічних параметрів одержання як еластомерних сумішей, так і дослідних добавок;
• встановлені основні принципи створення високоефективних клейових композицій з підвищеними адгезійними властивостями за рахунок використання епоксидованого натурального каучуку у модельних клеях, що дозволяє розширити асортимент і покращити якість клеїв холодного тверднення;
• отримані нові полімерні композиційні матеріали на основі модифікованої спирторозчинним поліамідом марки П-548 феноло-формальдегідної матриці та дискретних органічних волокон: поліамідного аліфатичного класу марки „Анід” (вітчизняного виробництва) та полібензімідазольного ароматичного класу марки „Русар” (аналог арамідного волокна „Кевлар”). Введення в структуру фенольної матриці компонента лінійного поліаміду дозволило підвищити фізико-механічні властивості композитів (ударну в’язкість – на 20%, межу міцності при вигині – на 23-38%, при стисненні – на 15%, знизити водопоглинання на 12-25%);
• підтверджена можливість епоксидування похідних соняшникової олії за рахунок взаємодії з пероксидом водню у присутності мурашиної кислоти. Визначено раціональні умови проведення реакції епоксидування: температуру, тривалість процесу, кількість епоксидуючого агента.

Розробка теоретичних основ комплексної переробки жировмісної сировини в олеохімічні продукти тісно пов’язана та докорінно впливає на закономірності організації та розвитку вітчизняного суспільства, природи та самопочуття людини, а саме: на технологію виробництва нефталатних полівінілхлоридних пластикатів для нетоксичних дитячих іграшок, будівельних матеріалів, штучної шкіри.

Розроблені модельні клейові композиції, які містять епоксидований натуральний каучук, можуть бути застосовані у промисловості переробки еластомерних матеріалів при склеюванні гумових, гумо-тканинних та шкіряних виробів з високим рівнем адгезійних властивостей. У випробуванні розробок зацікавлені ТОВ «Інтер-ГТВ» (м. Біла Церква), ТОВ «Український завод надвеликогабаритних шин» (м. Дніпро), ПАТ «Сумський завод ГТВ» та інші.

Тема: «Керований синтез металоксидних матеріалів з прогнозованими властивостями» (номер державної реєстрації 0115U003160)

Керівник НДР: Веліченко Олександр Борисович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. фізичної хімії.

Мета: розробка новітньої теорії електрокристалізації і рекристалізації оксидів, що враховує вплив заряду поверхні електроду та електроактивних часточок на закономірності фазоутворення, а також рекомендацій по керованому синтезу матеріалів на основі PbO2 заданого фазового складу і текстури.

У результати виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• встановлено, що електрокристалізація PbO₂ починається з утворення моношару по всій поверхні електрода, а потім вже відбувається формування і ріст тривимірних зародків. При цьому в процесі електрокристалізації спостерігається одночасне утворення α і β фаз, про що свідчить наявність двох лінійних ділянок на кривій залежності кореня кубічного із щільності струму для прогресуючого росту кристалів від часу. Оскільки формування однієї з фаз відбувається значно повільніше іншої, це дає можливість впливати на фазовий склад оксиду за рахунок зміни складу електроліту та використання добавок різного типу. Вперше було встановлено, що покриття, осаджені з метансульфонатних електролітів, практично повністю складаються з α-фази, у той час як для нітратних розчинів переважаючою є β-фаза. Запропоновані кореляційні параметри, що дозволяють передбачати фазовий склад PbO₂ навіть на початкових стадіях його кристалізації без використання рентгенофазового аналізу;
• отриманий систематичний комплекс експериментальних даних щодо процесів рекристалізації та фазових перегрупувань в електродах на основі PbO₂ в ході тривалого електролізу та циклічної поляризації, а також про корозійну поведінку анодних матеріалів на основі PbO₂. В умовах тривалого електролізу матеріали на основі PbO₂, що були одержані з метансульфонатних електролітів, залишаються стабільними і практично не змінюють свій фазовий склад і морфологію поверхні. А новим розумінням стали розроблені рекомендації з використання добавок-стабілізаторів фазового складу та текстури матеріалів на основі плюмбум (IV) оксиду;
• показано, що фазовий склад оксиду, його текстура та співвідношення гідратованої і кристалічної зон на поверхні електродів впливають на електрокаталітичну активність аноду по відношенню до реакції виділення кисню. Отримані нові експериментальні дані про корозійну поведінку матеріалів на основі плюмбум(IV) оксиду в умовах тривалого електролізу водних розчинів дозволили зробити висновок про те, що найбільш стабільними системами є ті, які мають на поверхні незначну кількість гідратованих зон;
• розроблена теорія електрокристалізації і рекристалізації оксидів, яка враховує вплив заряду поверхні електроду, що може змінюватись в широких межах за рахунок адсорбції іонів, та електроактивних часточок, які змінюють свій заряд в процесі комплексоутворення, на закономірності фазоутворення. Показано, що зменшення заряду поверхні електроду та електроактивних часточок призводить до утворення α-фази оксиду. На основі проведених досліджень запропоновані нові методики синтезу матеріалів на основі плюмбум(IV) оксиду заданого фазового складу та текстури.

Отримані результати стали новим етапом у створенні загальних теорій електрохімічного матеріалознавства і електрокаталізу, що відповідає світовим тенденціям розвитку теоретичної та технічної електрохімії. Розроблені методики синтезу матеріалів з передбаченими функціональними властивостями можуть бути використані в електрохімічній енергетиці (свинцеві кислотні акумулятори, проточні Red-Ox накопичувачі енергії, асиметричні суперконденсатори), а також в якості анодів в різних електрохімічних технологіях, зокрема, гальванотехніці, у процесах синтезу сильних окисників (озон, гіпохлорити, персульфати), синтезу неорганічних і органічних сполук, технологіях електрохімічного руйнування токсичних речовин у стічних водах, при електролізі морської води та ін.

Тема: «Електрохімічний синтез багатокомпонентних наноструктурованих покриттів: новітні методи та електроліти, електродна кінетика, властивості, перспективи використання» (номер державної реєстрації 0115U003161)

Керівник НДР: Данилов Фелікс Йосипович, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. наук, проф., проф. каф. фізичної хімії, директор НДІ Гальванохімії.

Мета: встановити основні закономірності впливу умов електролізу, природи електролітів та органічних ПАР на процеси електрохімічного синтезу багатокомпонентних гальванопокриттів сплавами і композитами. Виявити чинники керованого впливу на швидкість процесу електроосадження та функціональні властивості утворюваних наноструктурованих гальванопокриттів. Розробити наукові засади нових технологій електрохімічного синтезу функціональних електролітичних покриттів.

У результати виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• були встановлені закономірності формування нанокомпозиційних покриттів на основі нікелю із метансульфонатного електроліту за присутності водорозчинного прекурсору дисперсної фази, в якості якого використовувався метансульфонат церію(ІІІ). Показано, що такий метод модифікації нікелевих покриттів вигідно відрізняється від традиційного одержання композиційних покриттів з суспензій відсутністю додаткових операцій подрібнення дисперсної фази та необхідності її агрегативної стабілізації. Доведено, що застосування метансульфонатного електроліту для осадження композитів має великі перспективи у зв’язку з високою розчинністю метансульфонатних солей допованих елементів, зокрема церію, а також більш високим виходом за струмом осадження металевої матриці у порівнянні з традиційними електролітами (у випадку композитів на основі заліза);
• показано, що використання електролітів на основі низькотемпературних евтектичних розчинників завдяки їх більшій в’язкості та густині у порівнянні зі звичайними водними та неводними електролітами дозволить практично повністю запобігти седиментації частинок дисперсної фази при електроосадженні композиційних покриттів;
• запропоновано методику для збільшення фотокаталітичної та електорокаталітичної активності композитів Ni-TiO₂ шляхом розвитку активної поверхні електрода за рахунок нанесення композитів на попередньо сформовану матрицю з розвиненою поверхнею. В якості матриці вперше використано нікелеве покриття з інкорпорованими в нього частинками карбонільного нікелевого порошку.

Отримані результати можуть бути використані не тільки для подальших фундаментальних та прикладних досліджень і розробок у галузі інженерії поверхні (гальванохімічні процеси і технології), але й у електрохімічній енергетиці (зокрема, при розробці новітніх проточних акумуляторів, де метансульфонатні системи вважаються наразі чи не найбільш перспективними). На погляд виконавців НДР, одними з найбільш цінних для світової науки та перспективними для продовження фундаментальних досліджень, є результати стосовно доведеної можливості використання електролітів на основі низькотемпературних евтектичних розчинників для електроосадження наноструктурованих поліфункціональних гальванопокриттів.

Тема: «Нові синтетичні методи дизайну нітроген- та сульфурвмісних біологічно-активних сполук» (номер державної реєстрації 0115U003159)

Керівник НДР: Марков Віктор Іванович, д-р хім. наук, проф., проф. каф. технології органічних речовин та фармацевтичних препаратів.

Мета: створення синтетичних підходів, які дозволять на основі комп’ютерного моделювання та дослідження природних об’єктів синтезувати шляхом застосування промислово доступних реагентів та процесів цільові структури та окремі фрагменти біологічно активних сполук. Окреслення граничних параметрів застосування нових реакцій дозволить спростити та здешевити  синтез нових сполук та матеріалів.

У результати виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• метод синтезу нових флуоресцентних матеріалів під впливом реагенту Вільсмайєра. Метод отримання похідних ксантенів є новим прикладом перегрупування карбонового скелету і не має аналогів. Запропонований метод базується на легкодоступних матеріалах промислового виробництва, характеризується високим виходом (90-95%). До переваг методу можна віднести можливість отримання в одну стадію низькомолекулярних білдінг-блоків для наступних синтезів, які характеризуються аномально великим Стоксовим зсувом у діапазоні 129-131 нм та високими квантовими виходами. Він також дозволить отримати флуоресцентні сполуки, які можливо застосовувати для маркування цінних паперів, у біологічних дослідженнях у якості флуоресцентних зондів. Застосування методу дозволить знизити собівартість продукції, оскільки вихідні речовини легкодоступні, а метод не потребує багатовартісного обладнання;
• парофазний метод отримання 2-(N,N-диалкіламіно)-етиламінів на нових каталізаторах. Даний метод дозволяє розширити асортимент каталізаторів для синтезу бутиламінів, в особливості з суттєвим переважанням дибутиламіну, шляхом використання промислових нікельалюмокальцієвих каталізаторів іншого призначення – для гідрування оксидів вуглецю (процес метанування), відомих під марками НИАП-07-02 (НКМ 4А) та НИАП-07-07 (НКМ-7), компоненти в яких знаходяться в оксидній або сольовій формі, відповідно. Метод приготування каталізатору НИАП-07-07 (НКМ-7) дозволяє отримувати дисперсність нікелю на нанорівні (4-5 нм). При цьому питома поверхня нікелю досягає 30-40 м²/г. Температура відновлення каталізатора знижена більш ніж на 100°С у порівнянні з іншими каталізаторами серії НКМ. До переваг даних контактів слід віднести також високу механічну міцність, велику термостабільність та стійкість до навуглецювання. Запропонований метод каталітичного амінування Оксигеновмісних сполук дозволить отримати біфункціональні нітрогенпохідні типу 2-алкокси- та 2-(N,N-диалкіламіно)- етиламіни методами так званої «зеленої хімії». 2-Алкокси- та 2-(N,N-диалкіламіно)- етиламіни є важливими проміжними продуктами при отриманні присадок до палива, поверхнево-активних речовин, прискорювачів вулканізації, лікарських засобів та пестицидів. Застосування методу дозволить значно знизити собівартість продукції завдяки збільшенню ступеня конверсії та селективності, а також через м’які умови проведення синтезу.

На базі отриманих нових сполук після проведення досліджень на противірусну та інотропну активність можливе створення нових лікарських засобів для лікування захворювань серцево-судинної системи. Також отримані сполуки можуть бути використаними при створенні нових лікарських засобів та в якості хімічних мутагенів в сільському господарстві. Результати виконання НДР можуть стати основою доступного та екологічно безпечного методу каталітичного синтезу морфоліну – одного з ключових амінів, що використовується в Україні для забезпечення безпечної, надійної та економічної роботи теплоенергетичного обладнання енергоблоків АЕС (другий контур, ВХР 2) на протязі проектного терміну експлуатації та за його межами.

У 2017 році завершено виконання 2 прикладні НДР:

 Тема: «Енергетичні комплекси поглинання та акумулювання сонячної енергії на основі полімерних колекторів та полімер-неорганічних теплоакумулюючих матеріалів» (номер державної реєстрації 0116U001489)

Керівник НДР: Cухий Костянтин Михалович, д-р техн. наук, доц., декан ф-ту технології органічних речовин та біотехнології, проф. каф. переробки пластмас та фото-, нано- і поліграфічних матеріалів.

Мета: розробка новітнього енергетичного комплексу поглинання, перетворення та акумуляції сонячної енергії.

У результаті виконання науково-дослідної роботи було досліджено процеси поглинання, трансформації та акумулювання сонячної енергії в адсорбційних перетворювачах тепла різного призначення; розроблено способи одержання теплоакумулюючих матеріалів; технологію золь-гель синтезу нових композитних сорбентів на основі кристалогідратів та кремнійорганічної матриці. Запропоновані нові технічні рішення: сонячного колектора, в якому в якості матеріалу, що сприймає сонячне випромінювання, використано композитний сорбент типу «силікагель-кристалогідрат»; енергетичного комплексу поглинання та акумулювання сонячної енергії; водонагрівальної установки; теплоакумулюючого модуля; пристрою для кондиціонування повітря; акумулятору теплової енергії на основі розроблених композитних сорбентів. Запропонована конструкція адсорбційного теплового акумулятора відкритого типу та теплоакумулюючого модуля на основі синтезованих композитних сорбентів. Розроблено та досліджено енергетичний комплекс поглинання та акумулювання сонячної енергії на основі адсорбційного теплоакумулюючого пристрою відкритого типу, а також сонячну водонагрівальну установку з теплоакумулюючим модулем відкритого типу.

Визначено оптимальне розташування сонячних колекторів на місцевості за допомогою розробленої математичної моделі їх роботи. Надано рекомендації щодо застосування сонячних водонагрівальних установок.

Головні переваги запропонованих пристроїв для адсорбційних перетворювачів теплової енергії, в порівнянні з існуючими аналогами: невелика вартість; модульність, гнучкість використання, висока ефективність; можливість використання як в локальних системах малої потужності, так і на великих підприємствах. Використання композитних матеріалів, синтезованих згідно з запропонованою технологією, при виготовленні поглиначів сонячного випромінювання для полімерних сонячних колекторів дозволяє розширити період їх експлуатації не менш, ніж на 2 – 3 години в порівнянні з традиційними сонячними колекторами. Отримані наукові, експериментальні та технологічні дані будуть значним внеском у вирішення важливої науково-прикладної задачі підвищення ефективності адсорбційних перетворювачів та накопичувачів енергії. Результати НДР стануть науковою основою розробки новітніх екологічно безпечних технологій поглинання, перетворення та акумуляції сонячної енергії, які відповідатимуть або перевищуватимуть науково-технічний рівень найкращих світових зразків.

Запропоновані колектори, теплоакумулюючі пристрої та енергетичні комплекси та установки є перспективними для підприємств з виробництва геліосистем– зокрема ТОВ «Торговий дім Агро-Спектр», Українсько-Латвійське ТзОВ «Екстра пластик», ТОВ «Флекс ЮЕЙ» та ТОВ «Інтер Флекс».

Тема: «Розробка основ технології виготовлення спеціальних виробів з радіопрозорої склокераміки» (номер державної реєстрації 0116U001488)

Керівник НДР: Голеус Віктор Іванович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. хімічної технології кераміки та скла.

Мета: розробка основ технології нових видів термостійких та радіопрозорих склокерамічних матеріалів, а також визначення основних технолгічних параметрів виготовлення з них малогабаритних обтічників літальних апаратів.

У результати виконання науково-дослідної роботи були отримані наступні результати:

• розроблений шихтовий склад радіопрозорого склокерамічного матеріалу; встановлені залежності механічних та інших фізико-хімічних властивостей склокераміки від її хімічного складу; розроблена «Математична модель щодо розрахунку залежностей властивостей склокерамічних матеріалів від їх хімічного складу»;
• розроблений хімічний та речовинний склад склокерамічних матеріалів, визначені технологічні параметри одержання виробів на їх основі;
• розроблені технологічні інструкції на виготовлення виробів з кварцової кераміки та тонкостінних склокерамічних виробів, що дозволять виробляти продукцію для підвищення обороноздатності країни, а саме носові обтікачі літальних апаратів, з поліпшеними експлуатаційними властивостями та зі зниженими енергозатратами;
• одержаний експериментальний зразок склокерамічного виробу, що може бути використаний в якості головного обтікача радіокерованого літального апарату.

Проведені дослідження термічних, електричних та інших властивостей склокераміки, яка одержана в оксидних системах Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ та SrO -Al₂O₃-SiO₂ та інших, в залежності від її кристалофазового складу створюють основу до розробки нових різноманітних видів склокристалічних матеріалів, вироби з яких можуть виготовлятися за енергозберігаючою технологією та використовуватися в різних галузях науки і техніки, в тому числі і оборонних технологіях. Створені основи технології нових видів термостійкої і радіопрозорої склокераміки з реакційним формуванням структури та виробів з неї в значній мірі розширює коло доступних та відносно не дорогих матеріалів для застосування у виробництві радіокерованих літальних апаратів та в інших галузях.

Отримані результати будуть використані при розробці проектно-технологічної документації до створення вітчизняного виробництва носових обтічників малогабаритних радіокерованих ракет, що підтверджується листом підтримки від КБ «Південне».

Проведені виробничі випробування розроблених склокерамічних матеріалів на підприємстві ТОВ «Корундкераміка плюс», з рекомендацією подальшого впровадження у виробництво.

У 2016 році завершено виконання 2 фундаментальних НДР: