Напрями досліджень

На хімічному факультеті Львівського національного університету імені Івана Франка офіційно затверджені наказом Міністерства освіти України “Про підсумки акредитації вузів України“ №186 від 17.06.94, № 229 від 13.07.94, № 278 від 3.10.94 дві наукові школи, а саме: “Кристалохімія” – на кафедрі неорганічної хімії (керівник – член-кореспондент НАН України, д-р хім. наук, професор, завідувач кафедри неорганічної хімії Гладишевський Р.Є.) та “Фізико-хімія полімерів” на кафедрі фізичної та колоїдної хімії (керівник – д-р хім. наук, професор завідувач кафедри фізичної та колоїдної хімії Решетняк О.В.).

 

“Кристалохімія інтерметалічних сполук”

Наукові дослідження на кафедрі неорганічної хімії виконують в рамках наукової школи “Кристалохімія”, науковий напрямок “Кристалохімія інтерметалічних сполук” і стосуються інтерметалідів і споріднених сполук – гідридів, оксидів, металоорганічних сполук.

У 2019 році на кафедрі працювали 49 науковців, з них 1 член-кореспондент НАН України, 4 доктори і 29 кандидатів наук, 12 аспірантів; співробітники виконували 4 держбюджетні науково-дослідні теми, 1 міжнародну госпдоговірну тему, 1 тему в межах робочого часу викладачів, 1 НДР в рамках українсько-чеського науково-технологічного співробітництва та 1 міжнародний ґрант. Відповідно до наказу МОН України № 444 від 02.05.2018 р. на базі кафедри функціонує Центр колективного користування науковим обладнанням “Лабораторія матеріалознавства інтерметалічних сполук”. Виконання тем забезпечили 22 штатні співробітники науково-дослідної частини: 6 провідних, 6 старших, 5 наукових співробітників і 5 молодших наукових співробітників. У 2019 році один науковий працівник кафедри отримав вчене звання старший дослідник. Вчені кафедри за час існування наукової школи зробили вагомий внесок у розвиток неорганічної хімії, кристалохімії, матеріалознавства. При кафедрі успішно функціонують докторантура та аспірантура, до наукової роботи залучаються студенти. Доробок кафедри в галузі кристалохімії інтерметалічних сполук становить 20% світових досягнень.

За звітний період побудовано ізотермічні перерізи діаграм стану 1 чотирикомпонентної системи, 39 потрійних металічних систем, 20 квазіподвійних систем за участю лужних, лужноземельних, рідкісноземельних металів, перехідних d-елементів і p-елементів III-VI груп, визначено кристалічну структуру 175 інтерметалідів і 30 гідридів, оксидів, халькогенідів, халькогенгалогенідів і комплексних сполук, відкрито низку нових структурних типів, описано алгоритм пошуку кристалохімічних закономірностей. Для синтезованих сполук досліджено каталітичні, воденьсорбційні, електрохімічні, електротранспортні, термоелектричні та магнітні властивості. Термометричні інтерметалічні матеріали – сплави твердого розчину на основі фази напів-Гейслера Ti1-xScxCoSb (0,005 ≤ x ≤ 0,15), спосіб синтезу монокристалів гетерометальних p-комплексів Сu(I)/Fe(II) і Cu(I)/Zn(II) на основі аліл-вмісних лігандів, а також способи титанування деталей з металевих сплавів захищено патентами України.

За звітний період вийшли з друку 1 наукова монографія, 2 розділи монографій, 2 навчальні посібники, опубліковано 96 статей (з них 54 у виданнях, що що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або Web of Science, з яких 32 у виданнях, які мають імпакт-фактор) та тези 133 доповідей на наукових конференціях (з них тези 70 доповідей на міжнародних конференціях), одержано 5 патентів України (з них 3 патенти на винахід). Видано 2 номери міжнародного наукового журналу “Хімія металів і сплавів – Chemistry of Metals and Alloys”. Працівники кафедри організували та провели V Науково-методичну конференцію “Сучасні тенденції навчання хімії”, Всеукраїнський конкурс юних дослідників “Кристали” імені Євгена Гладишевського “Анізотропія кристалів”, Семінар кафедри неорганічної хімії з нагоди 95-річчя від дня народження засновника Львівської кристалохімічної школи професора Євгена Івановича Гладишевського, І Львісько-Краківський семінар з неорганічної хімії, ХІV Міжнародну конференцію з кристалохімії інтерметалічних сполук і VII Школу молодих науковців “Рентгенівська дифракція: метод монокристалу”, а також взяли участь в організації та проведенні XVІІ Наукової конференції “Львівські хімічні читання – 2019” та Семінару з електронної мікроскопії. На кафедрі відбулося 18 наукових семінарів; доповідачами з інших установ були 11 науковців, з них 7 – фахівці з-закордону. Співробітники кафедри неорганічної хімії проводять спільні дослідження з вченими 22 університетів, галузевих інститутів і наукових організацій України та 48 закордонними науковими центрами (з 16 країн світу). На кафедрі виконано та захищено 1 кандидатську дисертаційну роботу та подано до розгляду на Спеціалізовану Вчену раду ще 2 роботи.

 

“Фізико-хімія полімерів”

В наукових дослідженнях протягом 2019 року брали участь 4 доктори наук, з них 3 професори та 1 провідний науковий співробітник; 8 кандидатів наук (з них 5 доцентів, 1 ст. наук. співробітник, 1 мол. наук. співробітник, 1 докторант); 1 старш. наук. співробітник, 2 наук. співробітники та 1 інженер без ступеня; в аспірантурі при кафедрі протягом року навчався 1 аспірант.

В рамках діяльності наукової школи «Фізико-хімія полімерів» кафедри фізичної та колоїдної хімії було проведено наступні дослідження:

Вивчено електрохімічне осадження співполімерів аніліну та ізомерних меркаптоанілінів на поверхні платинового електрода. З’ясовано, що лейкоемеральдинові форми осаджених співполімерів ефективно відновлюють аніони AuCl4 з утворенням нанокомпозитів полі(An-co-n-MAn)/Au. Досліджено електрокаталітичні властивості осаджених співполімерів та золотих нанокомпозитів на їх основі щодо реакції окиснення гліоксалю у слабокислому середовищі (рН = 6,86). Виявлено, що процес є оборотним та двостадійним з проміжним утворенням гліоксилової кислоти, що робить перспективним використання таких модифікованих електродів у препаративній електрохімії. Вивчено структуру і морфологію поліфункціональних органо-неорганічних композитів на основі спряжених полімерів та оксидних і карбонових нанокластерів (графен оксид, нанокристали Si, SiO2). Досліджено оптичні, електричні властивості отриманих наноматеріалів. Досліджено вплив електричного поля на морфологію та оптичні властивості тонких плівок поліортоанізидину та полі-3,4-етилендіокситіофену, отриманих на поверхні напівпровідникових станум оксидних електродів методом електрохімічного осадження. Вивчено вплив кластеризації аморфних металевих сплавів системи Fe(Al)-ПМ-РЗМ, де ПМ = Ni, Mo, Mn, Nb, Co; РЗМ= Y, Gd, Dy, Tb на зміну їх магнітних (магнітної сприйнятливості, індукції насичення, коерцитивної сили), механічних (мікротвердості, пластичності) характеристик, електричних властивостей та корозійної тривкості (струм та потенціал корозії тощо). Досліджено тмпературні залежності стадійності процесу кластерування аморфних сплавів системи Fe(Al)-ПМ-РЗМ, де ПМ = Ni, Mo, Mn, Nb, Co; РЗМ = Y, Gd, Dy, Tb, магнітні та механічні характеристики сплавів з різною композицією легуючих додатків. Представлено результати вимірювань мікротвердості, електроопору та корозійних характеристик складнолегованих кластеризованих металевих систем. Подано практичні рекомендації щодо цільового застосування кластеризованих аморфних сплавів. Досліджено будову та властивості синтезованого композита поліаніліну з іоном фериціаніду, який одержували методом окиснювальної поліконденсації аніліну під дією пероксидисульфату амонію (NH4)2S2O8 в кислому середовищі (анілін + HCl) за наявності у вихідній реакційній суміші доданків H3[Fe(CN)6]. Досліджено фазові рівноваги системи Ag–Zn–Ge–S в частині ZnS–Ag2GeS3–Ge–GeS2. Отримано нанокристали твердого розчину сульфідів цинку і кадмію електролітичним методом. Досліджено фізико-хімічні властивості композитів поліаніліну з водорозчинними полімерами. Вивчено термомеханічні властивості отриманих композитів.

За результатами проведених досліджень у звітному році опубліковано 4 монографії, 32 розділи колективних монографій, 45 статей та 80 тез доповідей на наукових конференціях різного рівня, отримано 1 патент України на винахід і 1 патент України на корисну модель.

 

Наукові дослідження кафедри аналітичної хімії

Наукова робота кафедри аналітичної провадиться у кількох взаємопов’язаних напрямах, які загалом скеровано на пошук нових перспективних аналітичних форм для створення високочутливих, селективних, експресних методик визначення неорганічних та органічних речовин у складних об’єктах, розроблення ефективних методів концентрування та подальшого визначення мікрокількостей речовин та рентгенівських методів аналізу.

Більшість наукових досліджень співробітників кафедри спрямовано на розроблення методик визначення органічних аналітів у ліках, продуктах харчування, біологічних рідинах тощо. У цій царині працюють наукові групи доцентів Лілії Дубенської, Олександра Тимошука, Ольги Коркуни. Головні методи дослідження – спектрофотометрія та вольтамперометрія, перевагами яких є універсальність, достатня чутливість для вирішення конкретних аналітичних задач, простота, можливість автоматизації аналізу. Серед аналітів антибіотики, сульфаніламіди, нітроімідазоли, алкалоїди, синтетичні харчові барвники тощо. Особливо відзначимо аналіти – похідні 1,3-тіазолу та 4-азолідону, значну частку яких уперше синтезовано в Україні, зокрема у Львові. Представники цих класів сполук є складовою частиною оптичних засобів запису інформації, одягу, пластмас, їжі, косметики, іграшок тощо. Крім того, для цих речовин характерні протипухлинна, протизапальна, гіпоглікемічна, протигрибкова та протимікробна дія, тому на їхній основі можливе створення нових ефективних медичних препаратів у боротьбі із багатьма хворобами, зокрема діабетом та онкозахворюваннями. Розроблені аналітичні методики та визначені спектральні й електрохімічні характеристики згаданих речовин є важливими не лише для аналізу, але й для подальших наукових досліджень у споріднених галузях: мікробіології, медицині, фармацевтиці, фізичній та органічній хімії тощо.

Кафедра є флагманом з дослідження сорбційних властивостей природних цеолітів українського Закарпаття стосовно слідових кількостей токсичних важких металів, радіоактивних ізотопів Sr–90, Ce–144 і Со–60, рідкісноземельних і шляхетних металів, хлорорганічних речовин, природних антиоксидантів (флавоноїдів). Впродовж багатьох років цей напрям досліджень очолює провідний науковий співробітник Володимир Василечко і розробляє науковий співробітник Галина Грищук. Закарпатські цеоліти як сорбенти використовували в аналітико-екологічному контролі вод, а також як фільтри для очищення вод та технологічних розчинів: води Тустанських джерел та водоймищ Яворівського сіркового родовища, води на територіях, прилеглих до Грибовицького сміттєзвалища, водопровідні води м. Львова та ін. Крім того, сумісно із вченими провідних вітчизняних та європейських наукових установ проводяться роботи зі створення і використання біосумісних багатофункціональних мінеральних наноматеріалів на основі цеолітів як засобів протипухлинної, протимікробної дії і різноманітних діагностичних засобів для моніторингу патологічних станів; досліджуються каталітичні властивості цеолітних композицій стосовно низькотемпературного окиснення чадного газу та деструкції барвників.

Окрім класичних для аналітичної хімії методів на кафедрі також розвивають рентгенівські методи аналізу (рентгенофазовий та рентгеноструктурний). Такий напрям на кафедрі був започаткований ще у далекому 1972 році, коли кафедру очолив молодий і амбітний доктор хімічних наук, а згодом професор кафедри Юрій Богданович Кузьма (1934–2006). Цікаво, що під час дослідження потрійної системи Nd-Fe-B саме науковцями цієї групи було вперше виявлено сполуку складу Nd2Fe14B, яка згодом стала основою для створення найпотужнішого постійного магніту «Неомакс». Зараз наукову групу очолює професор Ярослав Каличак, у ній успішно працюють доценти Богдан Стельмахович, Ольга Жак.

Ефективність науково-дослідних робіт, особливо з природничих наук, суттєво залежить від технічного оснащення лабораторій відповідними вимірювальними засобами. Відновлення та розвиток науковоємкої приладобудівної галузі є необхідною умовою успішної трасформації України у високорозвинену державу, як технічно, так і науково. Саме науково-дослідні установи повинні бути ініціаторами та рушійною силою такої трасформації.

На кафедрі аналітичної хімії з 2009 року працює ініціативна група MTech Lab, яка займається розробкою науковоємкого програмного забезпечення та вимірювального обладнання, насамперед для хімічних досліджень та аналізу. Групу очолює доц. Ігор Пацай. З 2019 року група увійшла в штат новоствореної Науково-дослідної лабораторії електрохімічних методів дослідження. Станом на вересень 2021 року розроблено понад 50 приладів: потенціостатів, гальваностатів, потенціометрів-іономірів, кондуктометрів, кулонометрів, електронних самописців, контролерів та програмно-апаратних інтерфейсів.

Головним показником, який відображає результати наукової роботи, є наукові публікації. За період 1991-2021 рр. науковцями кафедри опубліковано понад 2000 наукових праць серед яких шість монографій або розділи до них, 19 патентів України на корисну модель та три на винахід.

 

Тематика наукового пошуку відповідає пріоритетним тематичним напрямам досліджень Університету в галузі хімії на п’ятирічний період і узгоджується з пріоритетними напрямами розвитку науки в Україні та світі, зокрема, пошук нових функціональних матеріалів на основі неорганічних та органічних сполук; розробка нових композиційних наноматеріалів для різноманітних сенсорів; вдосконалення фізико-хімічних методів в аналітичному контролі вод, технологічних розчинів, біосубстратів, лікарських засобів, продуктів харчування.