В рамках рубрики #НаучныйХимтех мы продолжаем рассказывать о передовых научных достижениях нашего университета. На очереди –руководитель команды, выполняющей исследования по гранту РНФ «Применение теоретических и экспериментальных структурных методов исследования для поиска перспективных тетрапиррольных макроциклов для органической электроники». Мы побеседовали с д.х.н., доцентом кафедры физики Юрием Александровичем Жабановым.
Немного о Вас. Какое Ваше научное направление и почему именно оно Вас в свое время привлекло?
Работаю в лаборатории молекулярных параметров, где мы занимаемся изучением строения и энергетики свободных молекул экспериментальными и теоретическими методами.
Начал заниматься научной работой еще на втором курсе под руководством доцента кафедры физики Шлыкова Сергея Александровича (сейчас заведующий кафедрой физической и коллоидной химии). Сергей Александрович обладает очень важным и редким, на мой взгляд, качеством научного руководителя: он помогает студенту быстро и легко адаптироваться в научной лаборатории и разобраться в тематике исследований.
А привлекла меня (а точнее – нас, меня и Пименова Олега Александровича) не тематика лаборатории. Что знает студент на втором курсе о направлениях научных исследований? Нас привлек руководитель лаборатории – д.х.н., проф. Гиричев Георгий Васильевич, который читал у нас лекции по физике. После каждой его лекции я выходил, как выжатый лимон, т.к. Георгий Васильевич заставляет не просто писать лекцию, а работать на ней головой, выводить формулы, отвечать на вопросы и т.д. Но сразу, как выходил из аудитории, я начинал ждать следующей лекции по физике. Поэтому мы с Олегом Александровичем захотели работать в лаборатории Георгия Васильевича.
Какой был научный задел для получения гранта?
Этот проект является развитием тематики молекулярной структуры и энергетики макрогетероциклических соединений, которой занимаюсь со студенческих лет и которая поддержана ранее двумя грантами Президента и двумя грантами РНФ. До начала выполнения текущего проекта в ходе исследований молекулярного строения, термодинамики парообразования макрогетероциклических соединений были отработаны методики электронографического и масс-спектрометрического эксперимента, структурного анализа, квантово-химических расчетов.
Что уже сделано в рамках реализации гранта?
Получены порфиразиновые комплексы с пергалогенированными заместителями и тетрабензопорфириновые комплексы переходных металлов. Впервые получены экспериментальные данные о геометрическом, электронном строении и ядерной динамике свободных молекул металлокомплексов пиразинопорфиразинов, пиразинов и тетрабензопорфиринов. Термодинамические исследования проведены эффузионным методом Кнудсена в сочетании с масс-спектрометрическим контролем состава газовой фазы. Для соединений, переходящих в газовую фазу конгруэнтно, установлено их геометрическое строение методом газовой электронографии в сочетании с квантово-химическими расчетами.
Aктуальность исследования определяется перспективами применения вышеуказанных соединений в качестве новых материалов органической электроники. При этом идея проекта заключается в синтезе макрогетероциклических соединений, изучении их свойств с помощью экспериментальных и теоретических структурных методов исследования и создания на их основе прототипов новых тонкопленочных устройств.
Какую практическую значимость и применение имеют результаты работ, поддержанных грантом?
Результаты работы по проекту могут найти практическое применение при моделировании равновесия газофазных химических реакций, протекающих с участием исследуемых соединений. Важным результатом проекта станет пополнение справочной информации по структуре данных соединений. Новые данные о синтезе, структурных и энергетических характеристиках макрогетероциклических соединений будут востребованы при разработке новых материалов и технологических процессов органической электроники.
С какой командой Вы работаете над реализацией гранта?
Для получения запланированных результатов объединены усилия трех групп исследователей различных направлений: химиков-синтетиков, специалистов в области определения геометрического и электронного строения молекул, и специалистов в области создания и изучения свойств тонких пленок. Таким образом, команда сформирована из молодых исследователей трех организаций: ИГХТУ, Федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, г. Москва, и Института физики микроструктур РАН, г. Нижний Новгород.
Вы упомянули о коллегах из других организаций, с которыми вместе работаете над этой тематикой. Расскажите о них поподробнее.
В Федеральном исследовательском центре химической физики
им. Н.Н. Семенова РАН работает Арсений Отлётов. Арсений защитил кандидатскую диссертацию под руководством профессора Г.В. Гиричева в 2020 году, а сейчас работает в группе Ю.В. Миненкова – выпускника ИГХТУ 2007-го года. В сотрудничестве с ними мы выполняем нетривиальные квантово-химические расчеты.
Андрей Коптяев работает Институте физики микроструктур РАН в группе Г.Л. Пахомова. Андрей в рамках данного проекта занимается и синтезом комплексов тетрабензопорфиринов, и формированием тонких пленок, изучением их свойств. Андрей также является выпускником ИГХТУ, закончил кафедру ТТОС и защитил кандидатскую под руководством Н.Е. Галанина в 2021 году.
Получается, что если наш выпускник начинает работать в другой научной организации, то это не потеря кадра, а приобретение новых научных связей.
Расскажите об уникальном лабораторном оборудовании, на котором проводятся исследования по гранту.
Достижение научных результатов в рамках данного проекта возможно не только благодаря квалифицированной команде, но и благодаря доступу к уникальному научному оборудованию. Лаборатория молекулярных параметров ИГХТУ располагает следующей аппаратурой:
- Комплекс электронограф/масс-спектрометр ЭМР-100/АПДМ-1 для структурных, термодинамических и аналитических исследований в диапазоне температур 10-1300 ºС (единственный в РФ и наиболее мощный из трех аналогичных комплексов в мире);
- Модернизированный масс-спектрометр МИ 1201 для термодинамических и аналитических исследований в диапазоне температур 20-1100 ºС;
- Парк вычислительной техники: 568-ядерный кластер (процессоры Intel Core i7 и Intel Xeon, оперативная память 1.6 Тб, дисковое пространство 30 Тб).
Обновление и модернизация этих приборов не останавливается. При поддержке РНФ мы приобрели еще несколько узлов вычислительного кластера (в каждом узле установлено по два процессора 24-ядерных процессоров Intel Xeon). В марте этого года мы установили на масс-спектрометр МИ 1201 детектор фирмы Hamamatsu, что позволило увеличить чувствительность прибора на два порядка. Постоянное улучшение приборной базы позволяет нам увеличивать как объём получаемых данных, так и их достоверность.
Каковы Ваши научные планы после того, как закончится этот грант?
Хочу продолжить развитие этой тематики, т.к. структурные исследования являются неотъемлемой частью современной химической науки. Планирую дальше работать в рамках комплексного подхода, включающего расчет теоретической модели молекулярной структуры исследуемых свободных молекул и их агрегатов, синтез и установление ряда физико-химических свойств серии макрогетероциклических соединений.
Аспирант третьего года обучения Алексей Ерошин – один из важных членов научной группы, работающей по гранту, также делится впечатлениями о науке в ИГХТУ:
Как и когда (на каком курсе) Вы пришли в науку? И почему Вы решили заниматься наукой в целом и именно этим научным направлением?
Впервые я начал заниматься наукой на втором курсе на родной кафедре Технологии тонкого органического синтеза, так как у меня было много свободного от учебы времени и хотелось его заполнить чем-нибудь полезным. Однако спустя полтора года я осознал, что это мне не подходит. Такое случается: выбор научного направления является не совсем осознанным, и только спустя время можно понять, не ошибся ли ты, и это нормально. Среди изучаемых предметов, моим любимым была и остается физическая химия, поэтому я решил узнать о научных направлениях кафедры ФиКХ. Так на четвертом курсе бакалавриата я попал в лабораторию молекулярных параметров ИГХТУ и уже шестой год веду свою научную работу под руководством Сергея Александровича Шлыкова.
Каковы Ваши самые значимые достижения в науке?
Пожалуй, попадание в этот превосходный коллектив с международным именем, работы которого публикуются в ведущих международных журналах, и является наиболее значимым моим достижением в науке.
Процесс получения новых знаний доставляет отдельное удовольствие. Исследовать строение и поведение молекул в газовой фазе очень интересно. И, наверное, это главное как в научной работе, так и в любом занятии в жизни – чтобы Вам было интересно.
Каково это – работать в команде по реализации гранта?
Мне нравится работать в команде, где у каждого есть свои, но в то же время общие задачи, единая цель и каждый способен помочь друг другу. Кроме того, это способствует расширению кругозора знаний и получению компетенций работы в команде. Очень приятно чувствовать себя важным винтиком в работе такого механизма.
Какой жизненный урок Вы для себя извлекли из занятий наукой или планируете ли дальше заниматься наукой, и если да, то какой именно –продолжать старое направление или ступить на совершенно новую дорогу?
В 2025 году меня ждет защита диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Безусловно, я планирую заниматься наукой и дальше. Мир и требования к науке меняются, и мы должны к этому адаптироваться, чтобы оставаться на высоком уровне. Из занятий наукой я извлек простой урок: очень хорошо, когда работа перерастает в хобби. Правда ведь, круто, когда у тебя есть увлечение, за которое тебе платят. И к этому надо стремиться.
Е. Покровская, М. Максимова, фото: А. Даниленко