На главную
Українська English
ГлавнаяНаучные подразделенияОТДЕЛ ФОТОХИМИИ

ОТДЕЛ ФОТОХИМИИ

Заведующий отделом – КУЧМИЙ Степан Ярославович

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент НАН Украины

тел.: 38 (044) 525 66 62 факс: 38 (044) 525 66 62

e-mail: kuchmiy@inphyschem-nas.kiev.ua; stephan@ukr.net

Отдел фотохимии был создан в 1934 г. под руководством профессора Бориса Яковлевича Даина (руководитель отдела до 1971 г.) – ученика академика Л.В. Писаржевского. Б. Я. Даин начал исследования в области фотопереноса электрона, который является ключевой стадией естественного фотосинтеза и лежит в основе фотохимических окислительно-востановительных преобразований. Это направление было развито в роботах учеников Б. Я. Даина – Иосифа Иосифовича Дилунга (лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники и премии им. Л.В. Писаржевського НАН Украины, Заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор химических наук, профессор, руководитель отдела фотохимии в 1971-1993 гг.), который исследовал явления фотопереноса электрона в системах при участии хлорофилла, красителей и ароматических соединений, а также Анатолия Ивановича Крюкова (лауреат Премии им. Л.В. Писаржевского НАН Украины, доктор химических наук, профессор, в 1974-1993 гг. руководитель лаборатории фотохимии координационных соединений, со временем – лаборатории фотокаталитических реакций), который установил важную роль фотопереноса электрона в фотохимии координационных соединений, а также в фотокатализе, как гомогенном – при участии металокомплексов, так и гетерогенном – в присутствии кристаллов полупроводников. С 1993 г. отдел возглавляет Кучмий Степан Ярославович (лауреат Премии им. Л.В. Писаржевского НАН Украины, доктор химических наук, профессор, член-кореспондент НАН Украины)

all

Співробітники відділу, липень 2016 р.

Основные направления исследований

  • фундаментальные и прикладные аспекты фотофизических, фотохимических и фотокаталитических процессов в светочувствительных системах, которые содержат наноразмерные частицы полупроводников, оксид графена и частично восстановленный оксид графена, а также разнообразные наноструктуры и нанокомпозиты на их основе;
  • поиск путей создания новых эффективных фото- та электролюминесцентных материалов, светочувствительных полупроводниковых наноструктурированных материалов для фотовольтаики, нелинейно-оптических сред на основе полимерных композитных материалов, наночастиц полупроводников и металлов, а также красителей.
  • разработка светочувствительных материалов для нужд полиграфии, радиоэлектронной и других областей промышленности.

Важнейшие результаты за последние годы

  • Обоснованы принципы дизайна эффективных фотокаталитических систем на основе полупроводниковых кристаллов, переносчиков электронов, сенсибилизаторов, катализаторов темновых стадий и др. Обобщены сведения о возникновении квантово-размерных эффектов в ультрадисперсных полупроводниках, их влияния на фотофизические, фотохимические и фотокаталитические свойства полупроводниковых нанокристаллов и наноструктур. Сформулированы фундаментальные основы нового направления в фотохимии полупроводников - нанофотокатализа. Выявлены общие черты нанофотокатализа и "классического" полупроводникового фотокатализа, а также существенные отличия этих явлений, обусловленные квантово-размерными эффектами в наночастицах полупроводников.
  • Разработаны способы синтеза наночастиц размером ~2 нм (квантовых точек) халькогенидов кадмия, которым присуща фотолюминесценция в видимом диапазоне спектра (400-650 нм) с квантовыми выходами 15-25%. Установлена возможность использования таких нанообъектов как электролюминофоров, излучающих видимый свет в широком спектральном диапазоне (500-700 нм) при приложении напряжения  выше 5-6 В.

p1Спектри фотолюмінесценції та фотографії колоїдних розчинів наночастинок Ag-In-S, одержаних в гліцерині при Ag:In = 1:4 одразу після синтезу (1) та після термічної обробки при 120 °С протягом 5 (2), 10 (3 ), 15 (4), 20 (5), 25 (6), 30 (7), 35(8) та 40 хв (9).

З використанням нових електрохімічних та фотокаталітичних методів одержано плівкові наногетероструктури ITO/ZnO/CdS та ZnO/CuxS, які проявляють істотно вищу активність як компоненти сонячних комірок (фотоанод та протиелектрод, відповідно), ніж аналогічні об’єкти, сформовані традиційними методами.

p2

Растрові електронні мікрофотографії наногетероструктур ZnO/CdS (а) і ZnO/CuxS (б). (в) Вольт-амперна крива сонячної комірки: фотоанод - ZnO/CdS, протиелектрод - ZnO/CuxS, електроліт - водний розчин 0,5 M Na2Sx.  (іsc - густина фотоструму; Voc -  фотопотенціал розімкненого кола; FF - фактор заповнення вольт-амперної кривої; η - ефективність перетворення світлової енергії).

Одержано нанокомпозити діоксиду титану з біметалічними частинками міді й золота - ТiО2/Au/Cu і ТiО2/Ag/Cu, які при оптимальному співвідношенні компонентів проявляють значно вищу активність в реакції фотокаталітичного відновлення СО2 водяною парою до метану, ніж монометалічні наногетероструктури ТiО2/Au, ТiО2/Ag і ТiО2/Сu

p3

(а) Залежності швидкостей утворення СН4 в процесі фотокаталітичного відновлення CO2 від складу металічних компонент композитів TiO2/Au/Cu  (1) та TiO2/Ag/Cu (2). Мікрофотографії РЕМ наноструктури TiO2/Au/Cu (б) та TiO2/Ag/Cu (в).

Розроблено фотополімеризаційноздатні компо­зиції, які знайшли застосування у технологіях виготовлення захисних масок для плат друкованого монтажу, трафаретних друкарських форм з реге­нерацією ситового матеріалу, лаків та покриттів для оздоблення поліграфічної продукції.

Наукові зв’язки

Відділом проводяться спільні наукові дослідження з рядом наукових центрів України (Інститут фізики напівпровідників НАН України, Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Київський Національний університет ім. Т. Шевченка, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» та ін.)

Відділ підтримує тісні зв'язки з обміну науковою інформацією, обговорення розвитку тих чи інших наукових напрямків з вченими Інституту хімічної кінетики і горіння СВ РАН, Санкт-Петербургського державного університету, Білоруського державного університету та рядом інших.

Відділ виконував ряд спільних наукових проектів з зарубіжними партнерами:

- проекти ДФФД України - ДФФД Білорусі "Дизайн чутливих до видимого світла фотовольтаїчних комірок на основі квантових точок халькогенідів металів, широкозонних оксидних напівпровідників та похідних графену" та “Розробка ефективних фотоелектро­хімічних та фотокаталі­тичних систем на основі шаруватих неорганічних напівпровідників" (з науковцями Білоруського державного університету, Білорусь);

- проекти ДФФД – РФФД (Росія) “Синтез та фотоніка гібридних наноструктур “напівпровідник - комплекс металу“  та  НАН України - СВ РАН (Росія) ”Дизайн, синтез і фотоніка люмінесцентних та фотокаталитично активних екологічно чистих метал-халькоге­нідних нано­частинок”  (з науковцями Інституту хімічної кінетики та горіння СВ РАН, Росія);

- проект ДФФД України - РФФД (Росія) "Одержання, структура, оптичні, електрофізичні та фотокаталітичні власти­вості самосенсибі­лізованих до видимого світла наноструктур на основі оксидів титану та цинку" (з науковцями Санкт-Петербургського державного університету, Росія).

Науково-технічні розробки відділу

Відділ має ряд науково-технічних розробок, які можуть знайти практичне застосування.

Наукові співробітники відділу

Гранчак Василь Михайлович, провідний науковий співробітник, доктор хімічних наук. Тел.: +38(044)5256712, факс: +38 (044)5256712, e-mail: granchak@inphyschem-nas.kiev.ua.

Раєвська Олександра Євгенівна, старший науковий співробітник, кандидат хімічних наук. Тел.: + 38(044)5250270, факс: + 38 (044)5250270 e-mail: alraevskaya@ukr.net.

Швалагін Віталій Васильович, науковий співробітник, кандидат хімічних наук. Тел.: + 38(044)5250270, факс: + 38 (044)5250270 e-mail: svalagin@inphyschem-nas.kiev.ua.

Гродзюк Галина Ярославівна, науковий співробітник, кандидат хімічних наук. Тел.: + 38(044)5250270, e-mail: nanosvin@meta.ua.

Андрюшина Наталія Сергіївна, молодший науковий співробітник, кандидат хімічних наук. Тел.: + 38(044)5250270, e-mail: natashaand9@gmail.com.

Наукове обладнання

Люмінесцентний спектрометр LS 55 (Perkin Elmer)

ust1

Електронний спектрометр Specord 210 (Analytik Jena)

ust2

Газові хроматографи CHROM-5 та CHROM-4.

Прецизійне джерело напруги і струму з точним мультиметром Keithley 2400.

Список вибраних публікацій

  1. Raevskaya A., Panasiuk V., Korzhak G., Stroyuk O., Kuchmiy S., Dzhagan V., Zahn D.  Photocatalytic H2 production from aqueous solutions of hydrazine and its derivatives in the presence of nitric-acid-activated graphitic carbon nitride // Catalysis Today. – 2017. – 284. – P. 229-235.
  2. Швалагин В. В., Гродзюк Г. Я., Коржак Г. В., Андрюшина Н. С., Кучмий С. Я., Сирошенко Ю. Е., Скорик Н. А. Фотокаталитические свойства слоистого K3Н3Nb10,8O30 в реакции выделения молекулярного водорода из водных растворов спиртов // Теорет. и эксперим. химия. – 2017. – 53, № 2. – С. 94-99.
  3. Raevskaya A., Rosovik O., Kozytskiy A., Stroyuk O., Dzhagan V., Zahn D.R.T. Non-stoichiometric Cu–In–S@ZnS nanoparticles produced in aqueous solutions as light harvesters for liquid-junction photoelectrochemical solar cells // RSC Adv. – 2016. – 6, N 102. – P. 100145–100157.
  4. Stroyuk O. L., Kuchmiy S. Ya. Semiconductor-based photocatalytic systems for solar-light-driven water splitting and hydrogen evolution: fundamentals, state-of-the-art and perspectives // Photocatalysis: fundamentals, applications and prospects / Ed. by Margaret Howard. -  Nova Science Publishers, Inc., New York. – 2015. – Р. 31-84.
  5. Строюк А. Л., Андрюшина Н. С., Кучмий С. Я., Походенко В. Д.  Фотохимические процессы с участием оксида графена // Теорет. и эксперим. химия. – 2015. – 51, № 1. – C. 1-26.
  6. Rayevska O. E., Stroyuk O. L., Grodzyuk G. Y., Kuchmiy S.Y., Dzhagan V.M., Valakh M.Y. Ultra-small CdS quantum dots capped by amine polyelectrolytes // Handbook of Functional Nanomaterials. V. 1. Synthesis and Modification / Ed. by M. Aliofkhazraei. – New York – USA: Nova Science Publishers, Ltd., 2014. – P. 49–70.
  7. Гранчак В. М., Сахно Т. В., Кучмий С. Я. Светоизлучающие материалы – активные компоненты люминесцентных солнечных концентраторов // Теорет. и эксперим. химия. – 2014. – 50, № 1. – С. 1-20.
  8. Kozytskiy A. V., Stroyuk O. L., Kuchmiy S. Ya. Inorganic photoelectrochemical solar cells based on nanocrystalline ZnO/ZnSe and ZnO/CuSe heterostructures // Catal. Today. – 2014. – 230. -  P. 227-233.
  9. Овчаров М. Л., Швалагин В. В., Гранчак В. М. Фотокаталитическое восстановление СО2 на мезопористом ТіО2, модифицированном биметалли-ческими наноструктурами  Ag/Cu // Теорет. и эксперим. химия. – 2014. – 50, № 3. – С. 173-178.
  10. Крюков А. И., Строюк А. Л., Кучмий С. Я., Походенко В. Д. Нанофотокатализ. – К.: Академ-періодика, 2013. – 618 с.

 Список найважливіших патентів

  1. Патент на винахід 99202 (Україна). Фотополімеризаційноздатний адгезив для оздоблення друкованої продукції способом холодного тиснення фольгою / В.Г. Сисюк, В.М. Гранчак. – Опубл. 25.07.2012. – Бюл. № 14.
  2. Патент на корисну модель 95213 (Україна). Полімерний фотолюмінесцентний матеріал / М.Я. Вортман, Г.Я. Гродзюк, В.В. Швалагін, В.М. Гранчак, С.Я. Кучмій, В.М. Лемешко, Г.В. Дударенко, Т.С.Іванова, С.О.Тригуб, В.В. Шевченко. – Опубл. 10.12.2014. – Бюл. № 23.
  3. Патент на корисну модель 98914 (Україна). Спосіб фотокаталітичного одержання плівкового матеріалу FTO/TiO2/CuS / А.В. Козицький, О.Л. Строюк, Я.С.Кучмій. - Опубл. 12.05.2015. -  Бюл. № 8.
  4. Патент на корисну модель 101360 (Україна). Застосування епоксидної фотолюмінесцентної композиції як засобу для покриття в лакофарбовій промисловості / М.Я. Вортман, Г.Я. Гродзюк, В.В. Швалагін, В.М. Гранчак, С.Я. Кучмій, В.М. Лемешко, Г.В. Дударенко, Т.С.Іванова, С.О.Тригуб, В.В. Шевченко. – Опубл. 10.09.2015. – Бюл. № 17.
  5. Патент на корисну модель 110285 (Україна). Спосіб одержання високолюмінесцентного матеріалу на основі моношарового нітриду вуглецю / Я.В. Панасюк, О.Є. Раєвська, О.Л. Строюк, С.Я. Кучмій. – Опубл. 10.10.2016. – Бюл. № 19.