Молодые ученые Казахстана: Ученая-химик Анара Молкенова и профессор Атабаев о нанотехнологиях и новых исследованиях

Анара Молкенова — постдокторант департамента химии Назарбаев Университета. В 2015 году она получила степень PhD в Токийском Технологическом Институте. Ее диссертация была посвящена развитию наноматериалов для высокоэнергетических систем хранения энергии. Сейчас Анара занимается исследованиями в группе профессора Атабаева.

Тимур Атабаев — ассистент-профессор департамента химии Назарбаев Университета. В 2012 году получил степень PhD в Колледже нанонаук и нанотехнологий Пусанского национального университета. В 2018 году получил престижную награду «Молодой ученый года» Scopus 2018 Award. Его исследовательские интересы включают в себя разработку и синтез многофункциональных наноструктур для применений в наномедицине, энергетике и фотокатализе.

Ученые рассказали редакции о себе, новой лаборатории нанотехнологий и исследованиях, над которыми работают.

---

О себе

Анара: Химией я начала заниматься еще в школе. В 90-е годы моя семья переживала финансовые сложности. Поэтому всегда задумывались, чем же таким я должна заниматься в будущем, чтобы стать финансово успешным человеком. Я была отличницей и со всеми предметами справлялась хорошо. Замечала, что многим моим одноклассникам очень тяжело давалась химия, а мне — достаточно легко.

Я начала участвовать в олимпиадах по химии, занимала первые места по городу, области, и третье — по республике. Затем решила поступать в университет по этому же направлению. Я получила грант на обучение в одном из лучших на то время университетов страны — Казахстанско-Британском Техническом Университете (КБТУ). Таким образом начала изучать химическую инженерию.

После окончания университета как раз было восхождение эры нанотехнологий, в новостях бесконечно говорили о новых исследованиях, о том, что за нанотехнологиями — будущее. Благодаря этому я даже не сомневалась, что на магистратуру буду поступать именно по данному направлению.

По стипендии «Болашак» обучалась в Университетском колледже Лондона. В университете я работала над разработкой нанокатализаторов для промышленности. По окончании университета вернулась в Казахстан и начала работать в Назарбаев Университете. В процессе работы я поняла, что мне очень нравится работать в сфере науки. Однако, для карьерного роста обязательно было получать докторскую степень, без нее невозможно самостоятельно работать над научными проектами.

Тогда мне выпал шанс обучаться по PhD-программе в лаборатории Профессора Изюми Танигучи в Токийском Технологическом Институте, Япония. Мое обучение было проспонсировано крупной инжиниринговой компанией Japan Gas Corporation, которая на тот момент реализовывала один проект в Западном Казахстане.

О докторской

Анара: В Японии я изучала материаловедение: синтезировала наноматериалы разными способами и тестировала их для применения в литий-ионных аккумуляторах. Японское правительство очень заинтересовано в использовании экологичных материалов для развития технологий, поэтому большое внимание уделяли созданию электрода для батареи из песка.

Песок — один из самых доступных и дешевых материалов на Земле, его основным компонентом является диоксид кремния. Тема моей PhD-работы была посвящена использованию диоксида кремния в качестве электрода для батареи. Я исследовала, какими свойствами должен обладать этот материал для того, чтобы мог быть внедрен в производство как энергоемкий материал для систем хранения энергии. На данный момент это исследование продолжается. Над ним работает другая PhD студентка из Казахстана.

После успешного завершения докторантуры я вернулась в Назарбаев Университет. Мне предложили подать заявку на постдокторантуру, где я и начала работать с профессором Атабаевым по разработке функциональных наноструктур.

О лаборатории профессора Атабаева

Профессор Атабаев: Я ассистент-профессор в Департаменте химии. В Казахстан я приехал из Южной Кореи, где проработал долгое время профессором-исследователем в Пусанском Национальном и Сеульском Национальном Университетах. Степень PhD получил в Пусанском Национальном Университете в области нанотехнологий.

В Назарбаев Университете работаю с августа 2017 года. В начале 2018 мы получили свою лабораторию. Поначалу испытывали небольшие сложности, так как лаборатория была пустой. Нам приходилось бегать по разным корпусам, чтобы провести синтез или же наоборот — измерить свойства наших образцов.

Параллельно с проведением исследований мы работали над комплектацией нашей лаборатории. Ожидается, что к концу 2020 года наша лаборатория будет достаточно конкурентоспособна на мировом уровне. На данный момент получили наши первые гранты, поэтому планируется набор исследователей, в том числе и студентов, которые будут работать над проектами.

О наноматериалах
и исследованиях лаборатории

Профессор Атабаев: Все проекты нашей лаборатории связаны с наноматериалами и новыми технологиями. Свойства наноматериалов кардинально отличаются от свойств макрообъектов, поэтому за рубежом ведется крупное финансирование проектов связанных с нанотехнологиями.

Больше всего нас интересуют наноматериалы с уникальными оптическими, электронными и магнитными свойствами. В зависимости от того, какой это наноматериал, можно выделить то или иное направление исследования.

Оптические и магнитные материалы чаще всего применяются в биомедицинских целях. Так, например, оптически стабильные и нетоксичные материалы могут применяться как флуоресцентные маркеры для биоимиджинга.

Магнитные наночастицы, внедренные в опухоль, могут осциллировать под действием переменного магнитного поля. Это локально разогревает ту область, где присутствуют наночастицы, ослабляя или вызывая гибель клеток опухоли. В научной литературе уже описываются случаи применения магнитных наночастиц для лечения раковых заболеваний.

Помимо оптических и магнитных мы также синтезируем металлические или полупроводниковые наноматериалы. Эти наноструктуры могут применяться при производстве солнечных панелей нового поколения и в процессах фотокатализа.

В процессе деятельности человека высвобождается очень много органических загрязнителей, которые при неправильной утилизации отравляют почву и воду, в которые они попадают. Одной из важных тематик нашей лаборатории является процесс фотокатализа — мы хотим создать дешевую технологию, которая позволит разрушить токсичные органические примеси в воде и сделает воду пригодной для переиспользования, допустим, в технологическом цикле. Технология является достаточно простой. Для ее реализации нужен сам фотокатализатор и солнечный свет.

Анара: Наши предварительные исследования показали, что наноматериалы работают эффективно в отношении органических красителей, часто используемых в текстильной промышленности. Мы планируем тестировать другие органические загрязнители и совершенствовать проект, чтобы сделать результаты исследования применимыми в индустрии.

О водородной энергетике

Профессор Атабаев: Вы наверное слышали достаточно эмоциональную речь Греты Тунберг на саммите ООН по климату. Она также упоминала, что на данный момент многие развитые страны планируют перейти на водородное топливо или возобновляемую энергетику до 2030 года. Лидерами в этой области сейчас являются Япония и Южная Корея, где в области водородной энергетики начали работать еще несколько лет назад.

Достаточное долгое время существуют автомобили BMW, Toyota, Hyundai, работающие на водородных ячейках. Развитие водородной энергетики помогло бы решить экологические проблемы в Казахстане. Ведь продуктом горения водорода является вода, а она не отравляет воздух, которым мы дышим. Конечно, водород достаточно взрывоопасный газ. Но мы работаем над созданием прототипа устройства для генерации водорода в малых количествах. Первоначально планируется протестировать прототип для обогрева небольших помещений, а в перспективе — и для более крупных объектов.

Анара: В интернете достаточно легко можно найти список «15 проблем человечества» . В их число входят доступ к чистой воде и энергии. По данным ООН выяснилось, что сейчас каждые 3 человека из 10 не имеют доступа к чистой воде.

В Казахстане мы стоим под меньшей угрозой только из-за того, что у нас есть грунтовые воды. Но в каком они состоянии сейчас — неизвестно. Проблему очистки и повторного использования воды в промышленности важно решать именно сейчас. Чтобы технология была коммерчески успешной, нужно предлагать достаточно дешевый и экологичный способ. Поэтому наша группа сейчас работает над решением, как минимум, двух проблем человечества — доступ к чистой воде и энергии.

Об Альянсе Молодых Ученых

Анара: В 2018 году мы с молодыми учеными различных подразделений, сначала на базе Назарбаев Университета, затем и по всему Казахстану, создали Общественное Объединение Young Researchers Alliance. Наша цель — объединить молодых ученых, чтобы сотрудничать и продвигать наши идеи и проекты для развития науки и Казахстана.

На площадке Альянса мы стремимся передавать свой опыт и знания, которые получили в ходе обучения за рубежом. Сейчас официальных членов ассоциации насчитывается около трехсот. Мы стараемся помогать друг-другу: если кому-то из Усть-Каменогорска нужно определенное оборудование в Астане, они связываются со мной, а я соединяю их с профессорами и дальше они работают вместе. Это ускоряет исследования. Я верю, что вместе мы сможем намного больше, чем каждый сам по себе.

Нас уже пригласили в Совет молодых ученых при Министерстве Образования и Науки РК. В этом году впервые был объявлен конкурс по грантовому финансированию молодых ученых.

Книги, которые советует Анара:

• «Алхимик», Пауло Коэльо. Эта книга показывает, что если чего-то, действительно сильно захотеть, то вся вселенная будет способствовать реализации твоей мечты.
• «Унесенные ветром», Маргарет Митчелл. Особенно запомнился жизненный устой главной героини Скарлетт — «завтра будет новый день». Если сегодня нам тяжело, то наступит новый день, и с новыми силами мы всегда сможем преодолеть любые сложности.
• «Как завоевывать друзей и оказывать влияние на людей», Дейл Карнеги. Одна из моих любимых книг о том, как правильно строить качественное общение с людьми.

Книги которые советует профессор Атабаев:

• «Fine Particles: Synthesis, Characterization, and Mechanisms of Growth», Tadao Sugimoto. Тут достаточно хорошо расписаны процессы роста и синтеза наночастиц.
• «Luminescence: From Theory to Applications», Cornelis R. Ronda. А в этой книге можно узнать про оптические материалы и где они могут применяться.