АЛЕКСЕЙ КАШИН: «Нужно стараться тщательно анализировать все получаемые экспериментальные данные»
Алексей Кашин – кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (№30) ИОХ РАН. Основная цель его исследований — изучение реакционных смесей и механизмов реакций с помощью электронной микроскопии. Главная особенность этого метода в том, что электронная микроскопия позволяет получить информацию об исследуемой системе напрямую без необходимости расшифровки, построения моделей и анализа литературных данных при базовой интерпретации результатов. За достаточно короткое время с использованием электронной микроскопии можно пронаблюдать протекающие в системе процессы в режиме реального времени, что очень удобно для механистических исследований, изучения свойств функциональных материалов, реакций получения наночастиц и др.
Последняя работа Алексея с коллегами обобщает мировые достижения в области электронной микроскопии в жидкой фазе как статической, так и в реальном времени:
— Большинство систем, с которыми работают химики-органики, как раз являются жидкофазными, однако именно они представляют большую сложность для изучения с помощью электронной микроскопии по причине создания в камере электронного микроскопа условий высокого вакуума, в которых большинство жидкостей испаряются. Именно поэтому для их изучения этим методом необходима разработка специальных подходов, которым и посвящен наш обзор.
Традиционно жидкофазной электронной микроскопией изучаются системы "жидкость-твердое", такие как микро- и наночастицы, диспергированные в жидкости. Исследования Алексея посвящены анализу более сложных объектов — систем на основе ионных жидкостей и небольших молекул, например, воды, т.е. содержащих различные жидкие фазы и соответственно требующих принципиально других условий наблюдения:
— Изучаемые нами системы активно используются в химии для проведения т.н. реакций в структурированных средах, ускоряющих протекание процессов и меняющих их селективность, а также, например, в качестве электролитов в литий-ионных аккумуляторах. Проблему испарения жидкостей в условиях высокого вакуума, создающегося в камере электронного микроскопа, мы решаем с использованием одного из двух подходов. Первый подход заключается как раз в использовании ионных жидкостей, которые в этих условиях не испаряются. Также нами было показано, что даже легколетучие компоненты, растворенные в ионных жидкостях, вплоть до определенных концентраций устойчивы в этих условиях, что делает возможным их изучение. Второй используемый нами подход применим к более широкому классу систем на основе традиционных растворителей: для исследования мы используем специальные микрокапсулы, в которые мы капаем каплю жидкости, закрываем специальной пленкой, которая с одной стороны прозрачна для электронного пучка, а с другой стороны позволяет сохранять образец в естественных условиях. В результате исключается действие вакуума электронного микроскопа на исследуемый объект, и анализ становится возможен.
Какие у Вас дальнейшие планы по развитию этой тематики?
— Сейчас основной проблемой, с которой мы сталкиваемся, является сложность химического анализа исследуемых систем, т.е. мы знаем их морфологию; рентгеновская спектроскопия, которая интегрирована с электронной микроскопией, дает нам возможность провести элементный анализ, но мы ничего не знаем ни о структурных формулах тех компонентов, с которыми работаем, ни о точном составе наблюдаемых микродоменов, ни о химических превращениях в таких системах на уровне отдельных молекул. Поэтому одним из важнейших направлений, которое нужно дальше развивать, является анализ химического строения исследуемых систем в сочетании с электронной микроскопией в режиме реального времени.
Почему решили связать свою жизнь с химией?
— В школе я увлекался всем спектром естественных наук: химией, физикой и биологией. Постепенно химия увлекала все больше, но интерес ко всем прочим остался. Вот и получилось, что сейчас я занимаюсь физическим методом анализа для нужд химиков.
Какими качествами, на Ваш взгляд, должен обладать современный ученый-химик?
— Современная химия в какой-то степени перестала быть чистой химией и постепенно переходит в некую мультидисциплинарную науку, поэтому для современного химика просто необходим широкий кругозор. Он должен неплохо разбираться в смежных областях, глубоко понимать те объекты, с которыми работает, быть способным разобраться с самыми разными вопросами. Также в ходе исследований необходимо глубоко осмысливать свою работу, стараться тщательно анализировать получаемые экспериментальные данные. Очень важно пытаться понять, куда можно дальше двигаться с полученными результатами, куда их приложить.
A. S. Kashin, V. P. Ananikov Monitoring chemical reactions in liquid media using electron microscopy Nat. Rev. Chem., 2019, 3, 624-637, DOI: 10.1038/s41570-019-0133-z
Справка ИОХ РАН:
Кашин Алексей Сергеевич
Дата рождения: 16.11.1989
Должность, ученая степень: старший научный сотрудник, к.х.н.
Начало работы в ИОХ РАН: 2009 г.
Научные интересы: электронная микроскопия, рентгеновская спектроскопия, катализ