Образование

Студенты ознакомятся с экспериментальными методами изучения строения и свойств адсорбционных слоев органических веществ на заряженной межфазной границе, а также с теоретическими подходами, позволяющими получать характеристики этих адсорбатов.

Строение заряженных межфазных границ раздела электродов с растворами электролитов разной природы, особенности процессов, реализующихся при их формировании и в ходе протекания на них электрохимических реакций – одно из ключевых направлений фундаментальной электрохимии и электрохимического материаловедения.

Для понимания механизма изучаемых процессов необходимы надежные и хорошо воспроизводимые данные электрохимического эксперимента. Получение таких данных связано с разработкой и применением различных методических подходов и конкретных методик к решению поставленных задач. Один из таких подходов, развиваемых на кафедре электрохимии, базируется на использовании методики электрохимических in situ измерений на твердых электродах, поверхность которых механически обновляется непосредственно в растворе электролита. Применение этой методики позволяет получать исходное (стандартное) состояние поверхности электрода, хорошо воспроизводимое от одного эксперимента к другому, и наблюдать временные эффекты, реализующиеся на границе раздела фаз.

Студенты ознакомятся с методами подготовки электрохимического эксперимента, а также современными методами электрохимических исследований: гальвано- и потенциостатическим методами, циклической вольтамперометрией и импедансной спектроскопией. На примере модельного графитового электрода они познакомятся с методикой in situ измерений на электродах, поверхность которых подвергается периодическому механическому обновлению (без разрыва цепи поляризации), в разных по составу растворах электролитов.

В ходе ознакомительной работы будут рассмотрены вопросы, связанные с использованием электрохимических и физико-химических подходов к описанию коррозионных процессов, которые протекают на металлах и сплавах при их контакте с жидкими ион-проводящими средами. Будет показано, что при протекании коррозионного процесса скорости анодной реакции (окисления, растворения металла) равны скорости катодной реакции (восстановления ионов водорода, молекул кислорода и др.), и на металле устанавливается потенциал коррозии. Будут рассмотрены физико- химические подходы к теоретическому описанию процесса пассивации металлов.

Студенты получат представление о традиционных электрохимических (гальвано- и потенциостатический, линейная и циклическая вольтамперометрии и др.) и современных электрофизических (Оже- электронная и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопии, эллипсометрия, рентгенофазовый анализ и др.) методах изучения механизма коррозионных процессов, протекающих на металлах и сплавах в различных условиях и средах. Будут рассмотрены и обсуждены базирующиеся на электрохимических подходах пассивные и активные методы защиты металлов, металлических конструкций и сооружений от коррозии.

В ходе ознакомительной практики студенты узнают о принципах работы литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, об основных материалах, используемых в качестве анодов и катодов, и о способах их получения. Кроме того, студентам будет предложено провести синтез одного из таких материалов, изучить его фазовый состав и морфологию, изготовить электроды и протестировать полученных материал в электрохимической ячейке.

Пленки оксида вольфрама, нанесенные на прозрачную подложку, являются перспективными материалами для использования в электрохромных приложениях. В ходе ознакомительной практики студенты познакомятся с  возможностями электрохимического осаждения таких пленок и их последующей характеристики.

Студенты ознакомятся с оригинальными методиками и уникальным оборудованием, используемым в лаборатории химии высоких энергий для экспериментального моделирования механизмов астрохимических процессов, протекающих под действием излучений при криогенных температурах (от 4.3 К), получат представление о возможностях спектроскопических методов для исследования наиболее реакционноспособных интермедиатов химических реакций с использованием матричной изоляции, а также об образовании и характеристиках необычных молекул, устойчивых только при очень низких температурах.

Основная цель работ в данном направлении — разработка основ подбора и оптимизации наносенсибилизаторов для радиотерапии и тераностики с использованием внешнего облучения. Студенты получат представления о возможностях применения ЭПР спектроскопии и метода спиновых ловушек для изучения влияния металлических и оксидных наночастиц на образование радикалов при действии рентгеновского излучения на модельные водно-органические системы.

Металл-полимерные нанокомпозиты — класс функциональных наоматериалов, имеющих широкие перспективы применения (создание сенсоров, каталитические материалы, материалы с бактерицидными и фунгицидными свойствами). Студенты получат представление о возможности «безреагентного» получения таких материалов с контролируемым размером наночастиц, а также методов определения их характеристик.

Студент будет исследовать процессы сплавообразования в процессе заряда-разряда литий-ионных ячеек с анодами на основе различных сплавов алюминия (система алюминий-магний, алюминий-литий-магний и пр). В частности, будут определены образующиеся фазы и измерены эффективные коэффициенты диффузии ионов лития в таких системах, определена степень обратимости процессов заряда-разряда.
Методы исследования: электрохимическое гальваностатическое циклирование, электрохимическое гальваностатическое и потенциостатическое прерывистое титрование, электрохимический импеданс, ретгеновский фазовый анализ.

В рамках первоначального ознакомления студент научится готовить образцы алюминиевых сплавов для электрохимических экспериментов, собирать электрохимические литий-ионные ячейки, проводить гальваностатическое циклирование, измерять электрохимический импеданс. Методы электрохимического гальваностатического/потенциостатического прерывистого титрования и ретгеновского фазового анализа будут использоваться на последующих этапах, если студент решит делать по этой тематике курсовую работу по неорганической химии.