ТАРАСЕВИЧ Михаил Романович | 2017 ИФХЭ РАН

ТАРАСЕВИЧ Михаил Романович

Tarasevich

доктор химических наук, профессор
ТАРАСЕВИЧ Михаил Романович

Phone: +7(495) 952-49-29
E-mail:
bogd@elchem.ac.ru;
zh@elchem.ac.ru

Основные направления исследований

  • исследование основных закономерностей трех ключевых токообразующих реакций: электровосстановление кислорода, электроокисление водорода,  прямое окисление низкомолекулярных алифатических спиртов;
  • исследование и разработка каталитически активных материалов для эффективных и селективных коммерчески важных реакций электрохимической энергетики;
  • исследование и оптимизация электрокаталитических и транспортных процессов в топливных элементах, источниках тока и сенсорах.

Историческая справка

Лаборатория была организована в 1978 году под названием «Лаборатория неметаллических катализаторов». Ее бессменным руководителем является професор, д.х.н. М.Р.Тарасевич.

В 2004 году название лаборатории было скорректировано с целью более адекватного соответствия проводимым исследованиям.


Основные научные результаты

  • Установление не известного ранее свойства иммобилизованных на электроде ферментов участвовать в переносе электронов между субстратом (О2, Н2, Н2О2) и электродом позволило развить новое направление: биоэлектрокатализ, т.е. ускорение электрохимических реакций в присутствии ферментов. Исследование восстановления кислорода в присутствии лакказы и тирозиназы, водорода в присутствии гидрогеназы и окисления перекисей в присутствии пероксидазы позволило установить основные закономерности биоэлектрокатализа и разработать эффективные и селективные ферментные электроды для биотопливных элементов, использующих в качестве топлива водород, глюкозу, простые спирты. Обнаружен и исследован также эффект биоэлектрокатализа при растворении золота в присутствии белков, пептидов и аминокислот. Это явление может быть положено в основу нетоксичного метода экстракции золота и серебра из рудных месторождений.
  • Проведено исследование структуры активных слоев катодов в топливных элементах с твердым полимерным электролитом (нафионом) и платиной, рассчитаны их основные параметры – эффективные коэффициенты, удельная поверхность соприкосновения ионного и электронного кластеров, характерная объемная плотность тока, что в итоге позволило определить оптимальные характеристики таких систем – габаритный ток, толщину активного слоя, вес платины. На основе модельных экспериментов разработана методика теоретической оценки (экспресс-анализ и полный анализ) характеристик катодов с неплатиновыми катализаторами. Проведено сопоставление габаритных характеристик катодов со стандартным катализатором Е-ТЕК и с синтезированным в лаборатории катализатором CoPd. Дана теоретическая трактовка ряда явлений, обнаруженных при исследовании катодов, активный слой которых представлял собой нанокомпозит – высокодисперсный коллоидный графит + фермент лакказа. В частности, показано, что снижение активности катода при росте его толщины обусловлено фрактально-перколяционными эффектами. Проводилось моделирование фрактальной структуры нанокомпозитов, дана оценка количества активных молекул лакказы в активном слое.
  • Развиты теоретические представления о методах и путях использования электро- и биокатализаторов в сочетании с электрохимическими системами при создании сенсоров. На основе неметаллических катализаторов разработаны сенсоры для определения концентрации O2, SO2, H2S, H2 в смеси с O2. Отличительной особенностью ферментов является их высокая селективность, что позволило разработать нанокомпозитные фермент-содержащие катализаторы и создать на их основе чувствительные и селективные биосенсоры для определения широкого круга субстратов (глюкоза, пероксид водорода, органические перекиси, фенол и их производные) в сложных по составу биологических жидкостях.
  • Развитие новых методов синтеза при использовании комплекса электрохимических и структурных методов исследования позволило разработать серию наноразмерных бинарных катализаторов. Бинарные катализаторы PtM (M=Co, Fe) при снижении содержания платины в три раза сохраняют свою электрокаталитическую активность в кислородной реакции и приобретают толерантность в отношении спиртов. Катализаторы PdM (M=Ru, Mo, Au) эффективны при окислении водорода с примесями СО и метанола. Система RuM (M=Fe, Ni, Co) обеспечивает высокую скорость и глубину окисления метанола, этанола, глицерина и других спиртов. Электрохимические и структурные исследования позволили сформулировать основные представления о природе электрокаталитических эффектов в бинарных системах. Повышение активности Pt и Pd имеет место за счет сплавообразования с Co, Fe и Ru. Толерантность к СО и продуктам окисления спиртов достигается в результате «декорирования» палладия золотом или оксидами Mo, а в случае рутения – оксидами «базовых» металлов.
  • Разработан стенд для испытаний различных типов топливных элементов. Удельные характеристики, разработанных каталитических систем, по данным модельных исследований и испытаний в топливных элементах с полимерным кислым или щелочным электролитом близки, а в ряде случаев превышают характеристики платиновых катализаторов, испытанных в тех же условиях.

Публикации

Наиболее принципиальные результаты изложены в следующих публикациях:

  • М.Р.Тарасевич. Электрохимия углеродных материалов. М.: Наука, 1984. 253 с.
  • М.Р.Тарасевич, Е.И.Хрущева, В.Ю.Филиновский. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. М.: Наука, 1987. 248 с.
  • M.R.Tarasevich, A.Sadkovski, E.Yeager. Oxygen electrochemistry // Comprehensive treatise of electrochemistry / Ed. B.E.Conway et al. N.Y.; L.: Plenum press, 1983. Vol.7. P. 301-398.
  • M.R.Tarasevich Bioelectrocatalysis // Comprehensive treatise of electrochemistry / Ed. S. Srinivasan et al. N.Y.; L.: Plenum press, 1985. Vol.10. P. 231-295.
  • М.Р.Тарасевич, К.А.Радюшкина, В.А.Богдановская. Электрохимия порфиринов. М.: Наука, 1991. 312 с.
  • M.R.Tarasevich, V.A.Bogdanovskaya. Principles of Electrochemical Biosensor Development. In: Advances in Biosensors. Eds. A.P.Turner, Yu.M.Yevdokimov. 1995. V.3. P.5-29.
  • М.Р.Тарасевич, В.А.Богдановская, Н.М.Загудаева, А.В.Капустин. Композитные материалы для прямого биоэлектрокатализа водородной и кислородной реакций в биотопливном элементе. Электрохимия. 2002. Т.38. С.378.
  • M.R.Tarasevich, V.A.Bogdanovskaya, A.V.Kapustin. Nanocomposite material laccase/dispersed carbon carrier for oxygen electrode. Electrochemistry Communications. 2003. V.5. P.491-496.
  • Ю.Г.Чирков, В.И.Ростокин. Оптимизация навесок платины в активном слое катода водородно-кислородного топливного элемента с твердым полимерным электролитом. Электрохимия. 2004. Т.40. №9. С. 1036-1048.
  • М.Р.Тарасевич, К.А.Радюшкина, Г.В.Жутаева. Электрокатализ кислородной реакции пирополимерами. Электрохимия. 2004. Т.40. С.1369-1383.

Сотрудничество

Лаборатория активно поддерживает научное сотрудничество с другими организациями в России и за рубежом. В их числе: ИНХС РАН по Программе РАН №26 «Водородная энергетика» и Программе РАН №7 «Новые подходы к химии топлив и хими- ческой электроэнергетике». В Японии New Energy and Industrial Technology Development Organization (“NEDO”) through Japan Technical Information Service (“JATIS”), по программе “FY2004 Hydrogen Energy International Joint Research Project”, по теме: “Development of high-performance N-doped carbon materials for non-platinum PEFC electrocatalysts”; в Германии Zentrum fur Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Wurttemberg, Stuttgart, по теме: “Synthesis and characterization of catalysts on the basis of metalphthalocyanine on carbon”.

Сотрудники лаборатории принимают активное участие в различных международных конференциях:

  • Ежегодных совещаниях Международного Электрохимического Общества ISE: – 50-th ISE Meeting, Pavia, Italy, 1999. – 53-rd ISE Meeting, Dussel’dorf, Germany, 2002. – 55-th ISE Meeting, Thessaloniki, Greece, 2004;
  • Baltic Electrochemical Conference (2003, Poland);
  • International Conference “Electrocatalysis in Electrochemical Energetics”(2003, Moscow);
  • Международный конгресс «Биотехнология» (2002, Москва);
  • International Symposium “Detonation Nanodiamond: Synthesis, Properties and Applications” (2003, S.-Peterburg);
  • Международный симпозиум «Приоритетные направления в развитии химических источников тока» (2001, 2004, Плес).

Ведущие сотрудники

  • Михаил Романович Тарасевич, главный научный сотрудник, доктор химических наук, профессор, является одним из ведущих специалистов в области фундаментальных и прикладных вопросов электрохимической энергетики. Им разработаны и экспериментально подтверждены теоретические основы механизма многоэлектронных реакций с участием кислорода, пероксида водорода и диоксида серы. При его непосредственном участии создан ряд новых электрокатализаторов на основе углеродных материалов, органических комплексов металлов и бинарных металлических систем. Развитие теории процессов в пористых системах позволило создать ряд новых типов катодов и анодов для сенсоров и биосенсоров, топливных элементов и диоксид-марганцевых источников тока. Он является автором 14 монографий и более 500 статей и обзоров, а также ряда патентов и открытия. Под его руководством выполнено более 40 диссертационных работ. Он член бюро Научного Совета РАН по электрохимии и член Научного Совета РАН по комплексной проблеме «Методы прямого преобразования видов энергии». М.Р.Тарасевич является членом Международного Электрохимического Общества.
  • Юрий Георгиевич Чирков, ведущий научный сотрудник, доктор химических наук, занимается разработкой теории пористых электродов и ее приложениями к топливным элементам, электролизу, аккумуляторам, установкам электросинтеза. Ю.Г. Чирков – автор более 200 статей, обзоров в российских и зарубежных изданиях, соавтор монографии «Макрокинетика процессов в пористых средах (топливные элементы)». В последние годы Ю.Г. Чирков:

1) создал теорию газогенерирующих пористых электродов, которая позволяет приступить к созданию нового поколения анодов для хлорного электролиза; согласно оценкам, величина тока на анодах может быть поднята в 1.5-2 раза;

2) развил метод компьютерного моделирования активных слоев пористых электродов; метод включает пакет компьютерных программ, позволяющих решать перколяционные и фрактальные проблемы, рассчитывать величину эффективных коэффициентов диффузии, электропроводности, проницаемости в пористых средах и исследовать процессы образования, а также свойства фрактальных пленок (слоев нанодисперсных частиц катализатора на поверхности частиц углеродного носителя);

3) заложил основы теории пористых электродов с иммобилизованным ферментом и предложил обратить внимание исследователей на достоинства пористых электродов с частичной или полной регулярной структурой.

  • Вера Александровна Богдановская, ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, является специалистом в области биоэлектрокатализа, электрохимии белков и ферментов и электрокатализа. При ее непосредственном участии разработаны нанокомпозитные электрокатализаторы, включающие ферменты и органические комплексы металлов, иммобилизованные на углеродных носителях; установлены основные закономерности, определяющие биоэлектрокаталитическую активность ферментов в реакции восстановления кислорода и пероксида водорода в водных и смешанных водно-неводных растворах (Biosensors and Bioelectronics. 2002.V.17.P.945 – 951); разработаны ферментные электроды, обеспечивающие функционирование ферментов в условиях прямого биоэлектрокатализа. Развитые представления о механизме электрокаталитических реакций позволили создать селективные биосенсоры для определения субстратов в сложных биологических жидкостях, макеты электрохимических источников тока, выдать рекомендации по биоэлектрохимическому извлечению золота из золотосодержащих концентратов руды. В соавторстве с российскими и зарубежными коллегами ею опубликовано более 250 статей и обзоров. Она является соавтором монографии и открытия (Диплом № 311, 1986 год), устанавливающего свойство окислительно-восстановительных ферментов в иммобилизованном на электроде состоянии участвовать в переносе электрона между субстратом и электродом.


 
 
shadow shadow
Яндекс.Метрика