Завідувач – Кучмій Степан Ярославович

 член-кореспондент НАН України

 доктор хімічних наук, професор,

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

Відділ фотохімії був створений у 1934 р. під керівництвом професора Бориса Яковича Даїна (керівник відділу до 1971 р.) – учня академіка Л.В. Писаржевського. Б. Я. Даїн започаткував дослідження в галузі фотопереносу електрона, який є ключовою стадією природного фотосинтезу та лежить в основі фотохімічних окисно-відновних перетворень. Цей напрямок був розвинутий в роботах учнів Б. Я. Даїна – Йосипа Йосиповича Ділунга (лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки та премії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Заслужений діяч науки і техніки України, доктор хімічних наук, професор, керівник відділу фотохімії у 1971-1993 рр.), який досліджував явища фотопереносу електрона в системах за участю хлорофілу, барвників та ароматичних сполук, а також Анатолія Івановича Крюкова (лауреат Премії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, доктор хімічних наук, професор, у 1974-1993 рр. керівник лабораторії фотохімії координаційних сполук, згодом – лабораторії фотокаталітичних реакцій), який встановив важливу роль фотопереносу електрона у фотохімії координаційних сполук, а також у фотокаталізі, як гомогенному – за участю металокомплексів, так і гетерогенному – в присутності кристалів напівпровідників. З 1993 р. відділ очолює Кучмій Степан Ярославович (лауреат Премії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, доктор хімічних наук, професор, член-кореспондент НАН України)

Співробітники відділу, липень 2016 р.

Зліва направо: О.С.Куценко, О.Є.Раєвська, А.В.Коржак, В.М.Гранчак, А.В.Козицький, С.Я.Кучмій, В.В.Швалагін, О.Л.Строюк, Н.С.Андрюшина, Я.Панасюк, О.Розовик, Г.Я.Гродзюк.

Основні напрямки досліджень

• • фундаментальні та прикладні аспекти фотофізичних, фотохімічних і фотокаталітичних процесів у світлочутливих системах, що містять нанорозмірні частинки напівпровідників, оксид графену та частково відновлений оксид графену, а також різноманітні наноструктури і нанокомпозити на їх основі;
• • пошуки шляхів створення нових ефективних фото- та електролюмінесцентних матеріалів, світлочутливих напівпровідникових нанострукту¬рованих матеріалів для фотовольтаїки, нелінійно-оптичних середовищ на основі полімерних композитних матеріалів, наночастинок напівпровід¬ників і металів, а також барвників.
• • розробка світлочутливих матеріалів для потреб поліграфії, радіоелектронної та інших галузей промисловості.

Найважливіші результати за останні роки

Обгрунтовані принципи дизайну ефективних фотокаталітичних систем на основі напів-про¬від¬никових кристалів, переносників електронів, сенси¬бі¬лі¬заторів, каталізаторів темнових стадій тощо. Узагальнені відомості про виникнення квантово-розмірних ефектів в ультрадисперсних напівпровідниках, їх вплив на фотофізичні, фотохімічні та фотокаталітичні властивості напів¬провідникових нанокристалів та наноструктур. Сформульовані фундаментальні основи нового напрямку в фотохімії напівпровідників – нано¬фото¬каталізу. Виявленні спільні риси нано¬фото¬каталізу та «класичного» напівпровідникового фотокаталізу, а також суттєві відмінності цих явищ, обумовлені квантово-розмірними ефектами в наночастинках напівпровідників.
Розроблено способи синтезу квантових точок халькогенідів кадмію (розміром ~2 нм), стабілізованих аміновмісними полімерами, а також змішаних сульфідів міді-індію та срібла-індію, стабілізованих меркаптоацетатними йонами. Одержаним наночастинкам притаманна фотолюмінес¬ценція у видимому діапазоні спектра з високими квантовими виходами, кольором якої можна плавно керувати як зміною їх складу, так і умов формування.

Спектри 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.

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

(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 компо¬зиції, які знайшли застосування у технологіях виготовлення захисних масок для плат друкованого монтажу, трафаретних друкарських форм з реге¬нерацією 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 фотоелектро¬хімічних та фотокаталі¬тичних 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-халькоге¬нідних нано¬частинок”  (з науковцями Інституту хімічної кінетики та горіння СВ РАН, Росія); – проект ДФФД України – РФФД (Росія) “Одержання, структура, оптичні, електрофізичні та фотокаталітичні власти¬вості самосенсибі¬лізованих до видимого світла наноструктур на основі оксидів титану та цинку” (з науковцями Санкт-Петербургського державного університету, Росія). 

Наукові співробітники відділу

Гранчак Василь Михайлович, , доктор хімічних наук, провідний науковий співробітник
тел.: +38 (044) 525 67 12, факс: +38 (044) 525 67 12 e-mail: granchakvm@ukr.net
Швалагін Віталій Васильович, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник  
тел.: + 38 (044) 525 58 58, e-mail: shvalagin@inphyschem-nas.kiev.ua
Гродзюк Галина Ярославівна кандидат хімічних наук, науковий співробітник
тел.: + 38 (044) 525 02 70 e-mail: nanosvin@meta.ua
Овчаров Михайло Леонідовичкандидат хімічних наук, науковий співробітник
тел.: + 38 (044) 525 02 70, e-mail: ovcharovml@gmail.com
Козицький Андрій Володимирович  кандидат хімічних наук, науковий співробітник 
тел.: + 38 (044) 525 02 70, e-mail: kozytskiy@gmail.com

Наукове обладнання відділу

1. Люмінесцентний спектрометр LS 55 (Perkin Elmer)

2. Електронний спектрометр Specord 210 (Analytik Jena)

3. Газові хроматографи CHROM-5 та CHROM-4.

4. Прецизійне джерело напруги і струму з точним мультиметром Keithley 2400.

Вибрані публікації відділу

1. Кучмій С. Я. Фотокаталітичне знешкодження легких органічних забруднювачів повітря з використанням графітоподібного нітриду вуглецю (огляд) // Теорет. та експерим. хімія. – 2021. – 57, № 4 – C. 201-223.

2. Vitaliy Shvalagin, Stepan Kuchmiy, Mykola Skoryk, Marina Bondarenko, Oleg Khyzhun Acid treated crystalline graphitic carbon nitride with improved efficiency in photocatalytic ethanol oxidation under visible light // Materials Science and Engineering: B, Volume 271, 2021, 115304.

3. Vitaliy V. Shvalagin, Ganna V. Korzhak, Stepan Ya. Kuchmiy, Mykola A. Skoryk, Oleksandr V. Selyshchev, Dietrich R.T. Zahn Facile preparation and high photocatalytic activity of crystalline graphitic carbon nitride in hydrogen evolution from electron donor solutions under visible light // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – Volume 390, 2020, 112295.

4. Natalya Andryushina, Vitaliy Shvalagin, Ganna Korzhak, Galyna Grodzyuk, Stepan Kuchmiy, Mykola Skoryk Photocatalytic evolution of H2 from aqueous solutions of two-component electron-donor substrates in the presence of g-C3N4 activated by heat treatment in the KCl+LiCl melt // Applied Surface Science 475 (2019) 348–354.

5. Stroyuk O., Kozytskiy A., Kuchmiy S. Photocatalytic formation of composite electrodes for semiconductor-sensitized solar cells // In: Photoelectrochemical solar cells / Ed.by N.D. Sankir and M. Sankir. – Scrivener Publishing, Wiley, USA, 2018. – P. 425-458.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.  

11. 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.  

12. 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.

13. 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.  

14. 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.  

15. Крюков А. И., Строюк А. Л., Кучмий С. Я., Походенко В. Д. Нанофотокатализ. – К.: Академ-періодика, 2013. – 618 с.

 Вибрані патенти відділу

1. Патент на корисну модель 143633 (Україна). Спосіб одержання фотокаталізатора на основі кристалічного нітриду вуглецю для окислення спиртів / Швалагін В.В., Гродзюк Г.Я., Кучмій С.Я. – Опубл. 10.08.2020, бюл. № 15.

2. 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.

3. 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.  

4. 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.

5. 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.  

6. 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.