Цель работы состояла в определении оптимальных значений диаметра и массы углеродных нанотрубок (УНТ) в нафионсодержащей модифицирующей пленке для получения наилучших электрохимических и аналитических характеристик толстопленочных углеродсодержащих электродов (ТУЭ). В ходе работы синтезированы многостенные УНТ со средним диаметром dср ≈ 23 нм методом каталитического пиролиза этанола и проведена кислотная очистка полученного материала от металлических частиц катализатора и других модификаций углерода. Аналогичным способом обработаны коммерческие УНТ с dср ≈ 147 и 16 нм от Sigma-Aldrich. Успешно изготовлены 36 типов ТУЭ без УНТ и на основе УНТ в условиях варьирования массового содержания УНТ в диапазоне MУНТ = 0,3-10,0 мкг на поверхности ТУЭ. Аттестация поверхностей электродов проведена методами оптической и электронной микроскопии. Изучены электрохимические характеристики изготовленных ТУЭ методами циклической вольтамперометриии и импедансной спектроскопии. Выполнено определение ионов железа (III) в модельном растворе методом адсорбционной инверсионной вольтамперометрии. Установлены оптимальные значения среднего диаметра УНТ dср ≥ 23 нм и массы УНТ MУНТ = 5,0-10,0 мкг на поверхности ТУЭ для получения наилучших электрохимические и аналитические характеристики. Разработанные ТУЭ на основе УНТ могут применяться для определения ионов тяжелых металлов в реальных водах с концентрацией меньшей предельно-допустимых значений, установленных нормативными документами. / The aim is to determine the optimal values of the diameter and weight of carbon nanotubes (CNT) in modifier film containing Nafion for the best electrochemical and analytical characteristics of the thick film of carbon-containing electrodes (TFCE). Multi-walled CNT with an average diameter dav ≈ 23 nm were synthesized by the catalytic pyrolysis of ethanol and purified from the metal catalyst particles and other modifications of carbon, using mixture of concentrated sulfuric and nitric acids. Commercial CNT with dav ≈ 147 and 16 nm from Sigma-Aldrich were treated by a similar procedure. The batch of 36 types of TFCE without CNT and based on CNT varied by weight of CNT (MCNT) on TFCE surface in the range of 0,3-10,0 μg was made. The electrode surfaces were studied by optical and electron microscopy. The electrochemical characteristics of obtained TFCE by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy were investigated. The detection of Fe (III) ions in a model solution was carried out by adsorptive stripping voltammetry. The optimal values of the average diameter of CNT dav ≥ 23 nm and a weight of CNT on TFCE surfaces MCNT = 5,0-10,0 μg were determined. These parameters allow us to reach the best electrochemical and analytical characteristics of modified TFCE. Developed TFCE based on CNT may be used for the detection of heavy metal ions in real water with a concentration of less maximum permissible values, established by regulations.

Объект исследования – анодированный диоксид циркония. Цель работы – электрохимический синтез нанотубулярных структур диоксида циркония и исследование их люминесцентных и абсорбционных свойств. Методы исследования – растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, абсорбционная и фотолюминесцентная спектроскопия. Новизна работы – исследована фотолюминесценция анодированного диоксида циркония в диапазоне температур 6.2-700 К. Показано, что интенсивность свечения в области 375 – 600 нм возрастает с уменьшением температуры до 30 К. Спектры свечения описываются двумя пиками гауссовой формы с максимумами Emax = 2.28 и 2.75 эВ и полуширинами ω = 0.77 и 0.67 эВ, соответственно. Измерены спектры диффузного отражения образцов до и после отжига. Посредством построения Тауца рассчитана энергия края оптического поглощения нанотубулярного диоксида циркония Eg = 5.4 ± 0.1 эВ. Возможная область применения анодированного диоксида циркония – матрицы солнечных батарей и фотокатализаторы. / The object of investigation is anodized zirconia. The aim of the work is the electrochemical synthesis of nanotubular zirconia structures and the study of their luminescence and absorption properties. The methods of investigation are scanning electron microscopy, X-ray phase analysis, absorption and photoluminescence spectroscopy. The novelty of the work is the photoluminescence of anodized zirconia in the temperature range of 6.2-700 K. It is shown that the luminescence intensity increases with decreasing temperature to 30 K. The emission spectra are described by two peaks of a Gaussian shape with maxima Emax = 2.28 and 2.75 eV and halfwidths ω = 0.77 and 0.67 eV, respectively. A possible field of application of anodized zirconia is the matrix of solar cells and photocatalysts. Spectra of diffuse reflection of samples before and after annealing were measured. By means of the Tauc plot, the energy of the edge of the optical absorption of nanotubular zirconium dioxide Eg = 5.4 ± 0.1 eV is calculated. A possible field of application of anodized zirconia is the matrix of solar cells and photocatalysts.

Целью диссертационного исследования является изучение процессов восстановления нитрогруппы в препаратах азоло-азинового ряда с применением электрохимических методов и ЭПР-спектроскопии. Для достижения стабильных и воспроизводимых данных была разработана методика эксперимента. Рассмотрены вопросы электровосстановления фармпрепаратов содержащих нитрогруппу в своем строении и применение ЭПР – спектроскопии и электрохимических методов анализа, в частности вольтамперометрии, для установления механизма восстановления лекарственных веществ в теле человека. В ходе экспериментальной части установлена природа происходящих процессов, в том числе, природа лимитирующей стадии, проведен расчет количества электронов, принимающих участие в процессах электровосстановления основного вещества препаратов TRIAZAVIRIN® и TRIAZID®. Предложены вероятные механизмы протекания исследуемого процессов восстановления нитрогруппы исследуемых соединений. / The main substances of the newest Russian antiviral drugs, the aziolo-azine series TRIAZAVIRIN® and TRIAZID®, served as the research subjects. Objective: to study the processes of reduction of the nitro group in these compounds using electrochemical methods and EPR spectroscopy. An analysis of the literature data showed that the pharmaceutical activity of preparations containing a nitro group is due to its reduction. Electrochemical methods of analysis make it possible to study the in vitro transformation of the preparation as close as possible to the processes taking place with the drug in vivo. The method of EPR-spectroscopy allows obtaining reliable data on the free radical formed during the reaction, which can be a determining factor of the biological activity of the preparation. These methods were taken as a basis for studying the processes of nitro group reduction, which is a part of the basic substances of TRIAZAVIRIN® (TRZ) and TRIAZID® (TZ) preparations. The processes of nitro group reduction in TRZ and TZ molecules were studied using voltammetry and EPR spectroscopy. It has been established that the rate of reduction of the nitro group TRZ is controlled by diffusion, the process of reduction of the nitro group of the preparation is stepwise, irreversible and proceeds at a potential of -0.35 V through the formation of an anion radical with addition of 4e. It is shown that the rate of reduction of the nitro group of TZ is controlled by diffusion. The single-wave reduction process of the nitro group TZ at a potential of 6 -0.65 V is irreversible, goes through the formation of an anion radical with addition of 6e. Possible schemes for the recovery of the nitro group of the basic substances of TRIAZAVIRIN® and TRIAZID® preparations are proposed.

Объектом исследования служило лекарственное вещество 5-метил-6-нитро-7-оксо-1,2,4-триазоло[1,5-а] пиримидинид аргинина моногидрат с условным названием «Триазид» (ТД). Цель работы: разработка чувствительного электрохимического сенсора для количественного определения лекарственного вещества 5-метил-6-нитро-7-оксо-1,2,4-триазоло[1,5-а] пиримидинид аргинина моногидрата. Показана возможность применения толстопленочных углеродсодержащих электродов для вольтамперометрического определения исследуемого вещества. Изучено влияние модифицирования поверхности толстопленочных электродов на их электрохимические характеристики для количественного определения лекарственного вещества в испытуемом растворе методами циклической вольтамперометрии, прямой вольтамперометрии в квадратно-волновом режиме, спектроскопии электрохимического импеданса и сканирующей электронной микроскопии. Исследовано влияние срока хранения электрохимического сенсора для количественного определения ТД методом прямой вольтамперометрии в квадратно – волновом режиме и спектроскопии электрохимического импеданса. Выбран чувствительный электрохимический сенсор для количественного определения ТД. Выполнена статистическая обработка результатов анализа. Проведено вольтамперометрическое определение ТД в фармацевтической субстанции «Триазид». Согласно ОФС.1.1.0012.15 и ОФС ОФС.1.1.0013.15 Государственной Фармакопеи РФ XIII издания, был сделан вывод о соответствии аналитической методики количественного определения ТД в фармацевтической субстанции «Триазид» заявленным критериям приемлемости. / The object of the study was the drug 5-methyl-6-nitro-7-oxo-1,2,4-triazolo [1,5-a] pyrimidinide arginine monohydrate with the code name «Triazid» (TD). Objective: development of a sensitive electrochemical sensor for the quantitative determination of the medicinal substance 5-methyl-6-nitro-7-oxo-1,2,4-triazolo [1,5-a] pyrimidinide of arginine monohydrate. The possibility of using thick-film carbon-containing electrodes for voltammetric determination of the test substance is shown. The effect of modification of the surface of thick-film electrodes on their electrochemical characteristics was studied for the quantitative determination of the drug in the test solution by the methods of cyclic voltammetry, direct voltammetry in the square-wave mode, electrochemical impedance spectroscopy, and scanning electron microscopy. The influence of the shelf life of an electrochemical sensor for the quantitative determination of TD by direct voltammetry in a square-wave mode and electrochemical impedance spectroscopy has been investigated. A sensitive electrochemical sensor was selected for the quantitative determination of TD. Statistical processing of the analysis results has been performed. Voltammetric determination of TD in the pharmaceutical substance «Triazid» was carried out. According to OFS.1.1.0012.15 and OFS OFS.1.1.0013.15 of the State Pharmacopoeia of the Russian Federation of the XIII edition, it was concluded that the analytical method for quantitative determination of TD in the pharmaceutical substance «Triazid» meets the stated acceptance criteria.

В работе проведено исследование структурных, оптических и электронных свойств графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4), синтезированных методом пиролиза мочевины при температурах 450–600°С. Метод функционала плотности использован для подтверждения выводов, основанных на экспериментальных данных. Был выполнен анализ литературных данных по g-C3N4, были рассмотрены структурные особенности получаемого материала и их оптическое поглощение. Также приведено описание используемых экспериментальных методов и математическое описание используемого метода моделирования – теории функционала плотности. Структура синтезированных образцов g-C3N4 определена по спектрам рентгеновской дифракции и ИК поглощения. Оптическое поглощение образцов исследованы по спектрам диффузного отражения, преобразованным в соответствии с теорией Кубелки-Мунка, оценка ширины энергетической щели для прямых и непрямых оптических переходов проводилась по методу Тауца. Была установлена линейная зависимость параметров кристаллической решетки и ширины щели от температуры синтеза. Для подтверждения экспериментальных результатов было проведено моделирование возможных структур g-C3N4 методом функционала плотности в пакете Quantum ESPRESSO. Была проведена оптимизация положений атомов для различных модельных структур, рассчитаны ИК спектры и зонные структуры электронных состояний. / In this work we investigated structural, optical and electrical properties of graphitic carbon nitride (g-C3N4) synthesized by thermal treatment of urea at 450– 600°C. Density functional theory calculations were performed to support suggestions based on experimental data. Available research data for g-C3N4 was studied, with interest in structural and absorption properties of the material. Additionally, the experimental methods and theory behind DFT-calculations were described. We determined the structure of g-C3N4 samples based on XRD and IR spectra. Optical absorption was investigated using diffuse reflectance spectra transformed with Kubelka-Munk function. Energy band gap was evaluated with Tauc plot for direct and indirect optical transitions. We show that crystal lattice parameters and band gap linearly depend on the synthesis temperature. To further prove our assumptions based on experimental data we also performed DFT-calculations for g-C3N4 in Quantum ESPRESSO software package. We calculated IR spectra and electronic band structures for models of each sample.

The goal of the current paper is to synthesize and characterize composites based on carbon nanotubes and metal oxides. Multiwalled CNT were synthesized within the pores of anodic aluminum oxide and nanotubular structures of titanium dioxide on the course of this study. There were the methods to obtain a catalyst for synthesis process such as electrochemical deposition, sol-gel technique and sputtering. The synthesis variations based on sol-gel technique and magnetron sputtering resulted in obtaining of CNT@AAO and CNT@TiO2-NT composites respectively. The research of carbon samples by Raman spectrometry was conducted. Characterization of obtained composites by electron microscopy method was done. The analysis of gathered SEM images by specialized software package SIAMS was made. Studies of CNT@TiO2-NT composites by means of impedance spectroscopy method were held. Thus the methodology for CNT@AAO and CNT@TiO2-NT composites synthesis had been developed. Advantages of reviewed techniques regarding ones known at scientific society were indicated. Developed synthesis methods are applied in lab works of Masters with specialization «Electronics and nanoelectronics». / Целью работы являлся синтез и аттестация композитов на основе углеродных нанотрубок и оксидов металлов. В ходе работы выполнен синтезмногостенных УНТ внутри пор анодированного оксида алюминия, а также в нанотубулярных структурах диоксида титана. Катализатор для проведения синтеза подготавливался тремя разными способами: методом электрохимического осаждения, золь-гель способом, напылением. Золь-гель метод приготовления катализатора позволил получить композит УНТ@АОА. Используя метод магнетронного напыления удалось синтезировать композиты УНТ@TiO2-НТ. Выполнены исследования синтезированного углеродного материала методом Рамановской спектрометрии. Аттестация полученных композитов проведена методом электронной микроскопии. С помощью программно-аппаратного комплекса анализа изображений SIAMS был проведен анализ полученных СЭМ-изображений. Проведены исследования композита УНТ@TiO2-НТ методом импедансной спектроскопии. В итоге разработана методология получения композитов УНТ@АОА и УНТ@TiO2-НТ. Отмечены достоинства данных методов относительно известных в научном сообществе. Разработанная методика синтеза используется в лабораторных работах магистров направления «Электроника и наноэлектроника».