«8D05306 - Химия» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Ибраева Аягоз Кайруллакызы диссертациясын қорғауы
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Ибраева Аягоз Кайруллакызы «8D05306 – Химия» білім беру бағдарламасы бойынша «Фотоэлектрикада қолдану үшін жоғары тиімді жаңа электролиттерді әзірлеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Химия кафедрасы» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - ағылшын тілінде
Ресми рецензенттер:
Тоқтарбай Жексенбек – PhD, профессор, «Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);
Нажипқызы Меруерт – химия ғылымдарының кандидаты, профессор, «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Мулай Рашид Бабаа – PhD, қауымдастырылған профессор, New Uzbekistan University (Ташкент қ., Өзбекстан Республикасы);
Машенцева Анастасия Александровна – PhD, профессор, Тректік жарғақтар технологиялық зертханасы (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Нурбекова Маржан Абдыжапаровна – химия ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор м.а., «Қазақ ұлттық қыздар педагогикалық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).
Ғылыми кеңесшілері:
Ташенов Ерболат Ордабекович – PhD, «Химия» кафедрасының доценті м.а., «Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті» КеАҚ (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Robert J. O'Reilly – PhD, медицина докторы (MD), Жаңа Англия университетінің ғылым және технология мектебінің лекторы (Армидейл қ., Австралия).
Қорғау 2026 жылғы 13 мамыр, сағат 10:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D05306 – Химия» білім беру бағдарламасы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес отырысы офлайн және онлайн форматта өткізіледі.
Сілтемесі: https://teams.microsoft.com/meet/41298813559692?p=rrff7wbZbFXMIOYNRF
Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұқан көш, 13, 333 аудитория.
Аңдатпа (қаз.): «8D05306–Химия» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алуға ұсынылған Ибраева Аягоз Кайруллакызының «Фотоэлектрикада қолдану үшін жоғары тиімді жаңа электролиттерді әзірлеу» тақырыбындағы диссертациялық жұмысына АҢДАТПА Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Зерттеу жоғары тиімді және тұрақты квазиқатты және қатты электролиттерді, сондай-ақ алдыңғы қатарлы фотоэлектрлік құрылғыларда қолдануға арналған карбазол негізіндегі тесіктерді тасымалдаушы материалдар мен бейметалл бояғыштарды жасауға және дамытуға бағытталған. Жұмыста металлоорганикалық қаңқалық құрылымдар (МОҚ) мен ковалентті-органикалық қаңқалық құрылымдар (КОҚ) сияқты синтезделген материалдарға жан-жақты баға беріледі, сондай-ақ алынған электролиттерді үй-жайда да, сыртқы жағдайда да қолдануға оңтайландыру жүргізілген. Негізінен бояғыштармен cенсибилизацияланған күн элементтерінің (БСКЭ) электрохимиялық және фотоэлектрлік қасиеттері зерттеледі. Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтері (БСКЭ) төмен өндірістік шығын, механикалық икемділік және шашыраңқы немесе жасанды жарықта жоғары тиімділік көрсетуі арқылы үшінші буын фотовольтаикасының перспективалы технологиясы болып табылады. Алайда сұйық электролиттерді қолдану еріткіштің булануы, коррозия және термиялық тұрақсыздық салдарынан құрылғылардың қызмет ету мерзімін шектейді. Осы мәселені шешу мақсатында соңғы жылдары иондық өткізгіштігі жоғары әрі механикалық тұрақты квазиқатты және қатты электролиттерді әзірлеуге бағытталған зерттеулер жүргізілуде. Бұл тұрғыда металлоорганикалық және ковалентті органикалық қаңқалар (МОҚ және КОҚ) жоғары кеуектілігі мен реттелген тасымалдау арналарының арқасында электролиттік жүйелер үшін тиімді материалдар ретінде қарастырылады. Оларды енгізу зарядтардың қозғалғыштығын арттырып, рекомбинацияны төмендетуге және электролиттің ағып кетуін болдырмауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар карбазол негізіндегі тесіктерді тасымалдаушы материалдар мен металлсыз бояғыштарды қолдану жарық сіңіруді және энергия деңгейлерінің сәйкестігін жақсартудың қосымша жолдарын ұсынады. Осылайша, диссертациялық жұмыс тұрақты фотоэлектрлік құрылғыларға арналған тиімді әрі ұзақ мерзімді электролиттік жүйелерді әзірлеуге бағытталған және күн энергетикасын дамытуға үлес қосады. Зерттеу нәтижелері БҰҰ-ның №7 «Қолжетімді және таза энергия» тұрақты даму мақсатына сәйкес келеді. Зерттеу жұмысының мақсаты: Бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінің (БСКЭ) тұрақтылығы мен тиімділігін арттыратын электролиттік материалдарды әзірлеу және сипаттау. Зерттеу жұмысының міндеттері: 1. Металлоорганикалық қаңқалар (МОҚ) және ковалентті-органикалық қаңқалар (КОҚ) сияқты жаңа кеуекті материалдарды және карбазол негізіндегі қосылыстарды (тесіктерді тасымалдау материалдарын) синтездеу. 2. Синтезделген материалдарды сканерлеуші электрондық микроскоп (СЭМ), өткізгіш электрондық микроскоп (ӨЭМ), рентгендік дифракция (РД), термогравиметриялық талдау (ТГА), азотты адсорбция–десорбция талдау, рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (РФЭС), ИҚ-Фурье спектроскопиясы және ЯМР-спектроскопиясы әдістерін қолданып, толық физика-химиялық қасиеттерін сипаттау. 3. БСКЭ тиімділігін арттыру үшін қоспалардың концентрациясын және электролит құрамын оңтайландыру. 4. Қатты, сұйық және квазиқатты электролиттік жүйелермен БСКЭ құрылғыларын жинау және сынау. Синтезделген материалдардың құрылымдық сипаттамалары мен құрылғылардың электрохимиялық және фотоэлектрлік қасиеттері арасындағы өзара байланысты анықтау. Зерттеу нысаны – бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтеріндегі иодид/трийодид (I⁻/I3⁻) тотықтыру–тотықсыздандыру жұбы негізіндегі электролиттер. Диссертациялық жұмысты қорғауға ұсынылатын негізгі тұжырымдар: 1. Карбазол туындыларын шағын органикалық қосылыстарды синтездеуде қолдану электрон-тасымалдаушы материалдар мен электролиттер ретінде пайдалануға болатын, жоғары функционалдық қасиеттері бар жаңа құрылымдарды алуға мүмкіндік береді. Әдеби деректерді талдау негізінде карбазолды шағын органикалық қосылыстар синтезінде қолданудың перспективті екені негізделді, бұл фотоэлектрлік қолданбаларға арналған функционалдық материалдарды әзірлеуде жаңа мүмкіндіктер ашатын, жеткілікті деңгейде зерттелмеген бағыт болып табылады. 2. MIL-125-ті иодид/трийодид негізіндегі электролитке енгізу нәтижесінде энергияны түрлендіру тиімділігі 9,14%-дан 10,51%-ға дейін артатыны, қысқа тұйықталу тогының тығыздығы 18,01-ден 20,97 мА•см-2-ге дейін өсетіні және заряд тасымалдау кедергісінің төмендейтінімен (1,79 және 1,99 Ом) қатар иондық өткізгіштіктің артатыны (3,36 және 3,02 мС•см-1), сондай-ақ 60 күн бойы тұрақты жұмыс қамтамасыз ететіні көрсетілді. Сонымен қатар, төмен жарықтандыру жағдайында (6000 лк) энергияны түрлендіру тиімділігі 25,9%-ға жетті. 3. Триазин негізіндегі ковалентті органикалық қаңқаны (COF) сұйық электролитке қосу - энергияны түрлендіру тиімділігін 8,87%-дан 10,81%-ға дейін арттыратыны, қысқа тұйықталу тогының тығыздығын 15,85-тен 18,60 мА•см-2-ге дейін жоғарылататыны, сонымен қатар заряд тасымалдау кедергісін төмендететіні (3,0 қарсы 5,5 Ом), иондық өткізгіштікті (2,01 қарсы 1,11 мС•см-1) және көрінерлік диффузия коэффициентін (7,54 × 10-16 қарсы 3,2 × 10-16 см2•с-1) арттыратыны анықталды. Сонымен қатар, құрылғы 40 күн бойы жұмыс тұрақтылығын сақтап, төмен жарық жағдайында (6000 лк) энергияны түрлендіру тиімділігі 27,4% болды. Ғылыми жаңалығы: 1. Бұл зерттеу Ti-негізді MIL-125 металл–органикалық қаңқаны қолдана отырып, дәстүрлі иодидті сұйық электролитті тұрақты квазиқатты жүйеге айналдырудың қарапайым, полимерсіз стратегиясын ұсынады. Нәтижесінде заряд тасымалы жақсарып, электролиттің ағып кетуі басылып, бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінде үй ішіндегі жарықта рекордтық тиімділікке қол жеткізілді. 2. Алғаш рет триазин-негізді ковалентті органикалық қаңқа дәстүрлі иодидті сұйық электролитке тікелей енгізілетін, бұрын зерттелмеген электролиттік инженерия стратегиясы ұсынылады. Бұл тәсіл бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінде иондық тасымалды, тотығу-тотықсыздану тұрақтылығын, ұзақ мерзімді беріктікті және үй ішіндегі жарықтағы тиімділікті бір мезгілде арттыруға мүмкіндік берді. 3. MIL-125 және КОҚ қаңқаларының пайдаланудан кейінгі талдаулары (СЭМ, РД, РФЭС, ИҚ-Фурье спектроскопия) ұзақ уақыт қолданылғаннан кейін де өздерінің кристалдық және химиялық тұтастығын сақтайтынын растады. 4. Бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінде карбазол-негізді молекулаларды бір мезгілде бояғыш және тесікті тасымалдау материалдары ретінде сипатталып, жүйелі зерттеу жүргізілді. Нәтижесінде құрылым–қасиет–өнімділік арасындағы байланыстар анықталып, тиімді, тұрақты және арзан фотоэлектрлік құрылғыларды жобалау стратегиялары ұсынылды. Жұмыстың теориялық маңыздылығы бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтеріндегі (БСКЭ) иондық транспорт және заряд тасымалдау үдерістерін түсінудің теориялық негізін қалыптастырады. Зерттеу донор–π–акцептор типті өзара әрекеттесулерді, энергия деңгейлерінің сәйкестендірілуін және органикалық жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдануы туралы тереңірек түсінуге мүмкіндік береді. Алынған нәтижелер жаңа буын сенсибилизаторлары мен тасымалдаушы қабаттарын молекулалық жобалау қағидаларын қалыптастыруға ықпал етіп, материалтану, электрохимия және фотоэлектрлік жүйелер ғылымының дамуына үлес қосады. Жұмыстың тәжірибелік маңыздылығы масштаб ала алатын тәсілді ұсынады, ол МОҚ және КОҚ негізіндегі электролиттерді қолдана отырып, тұрақты әрі жоғары тиімді БСКЭ әзірлеуге бағытталған. Алынған материалдар өзіндік құнының төмендігімен, ұзақ мерзімді пайдалану тұрақтылығымен және жарықты үй ішінде де, ашық ауада да жоғары тиімділікпен сіңіру қабілетімен сипатталады. Бұл оларды жаңа буынды фотоэлектрлік технологиялар мен автономды электрондық жүйелер үшін болашағы зор материалдар екенін көрсетеді. Жұмыстың мемлекеттік ғылыми бағдарламалар жоспарымен байланысы. Зерттеу Қазақстан Республикасының Ғылым және жоғары білім министрлігінің Ғылым комитетінің қолдауымен №AP23490505 Жетілдірілген архитектуралы қатты күйдегі бояумен сенсибилизацияланған күн элементтері негізіндегі үй-жайларға арналған фотовольтаика және №АР14870560 Заттардың интернеті үшін арзан, бояуға сезімтал, екі бетті фотоэлектрлік ұяшықтарды әзірлеу. Автордың жеке үлесі. Автор МОҚ (MIL-125), триазинді коваленттік органикалық қаңқаларды (КОҚ) әзірлеп, синтездеп және оңтайландырды және карбазол негізіндегі тесіктерді тасымалдау материалдарын және металлсыз бояғыштарға терең әдеби шолу жасады. Автор электролиттерді әзірлеу, материалдарды сипаттау, фотоэлектрохимиялық элементтерді дайындау және сынау жұмыстарын жүргізді, сондай-ақ құрылым, қасиеттер және құрылғылар тиімділігі арасындағы байланыстарды анықтады. Автор патентке өтінім берді, жарияланымдарды дайындады және өңдеді, сонымен қатар зерттеу процесінің барлық кезеңдерінде ғылыми жетекшілермен және бірлескен авторлармен жұмысты үйлестіріп отырды. «Engineering stable electrolytes with covalent organic frameworks to boost dye-sensitized solar cell efficiency» атты ғылыми мақала бойынша автордың үлесі: түпнұсқа мәтінді дайындау, визуализация, валидация, әдіснама, зерттеу жүргізу, формальды талдау, деректерді жинақтау және өңдеу, тұжырымдаманы әзірлеу. «Enhancing the stability and efficiency of dye-sensitized solar cells with MIL-125 metal-organic framework as an electrolyte additive» атты екінші ғылыми мақала бойынша автордың үлесі: тұжырымдаманы әзірлеу, әдіснама, бағдарламалық қамтамасыз ету, валидация, формальды талдау, зерттеу жүргізу, ресурстармен қамтамасыз ету, деректерді жинақтау және өңдеу, визуализация, түпнұсқа мәтінді дайындау. «Advancements in carbazole-based sensitizers and hole-transport materials for enhanced photovoltaic performance» атты шолу мақаласы бойынша автордың үлесі: тұжырымдаманы әзірлеу, визуализация, зерттеу жүргізу, формальды талдау, деректерді жинақтау және өңдеу, түпнұсқа мәтінді дайындау. Жарияланымдар. Диссертациялық жұмыстың нәтижелері Scopus және Web of Science дерекқорларында индекстелетін рецензияланатын журналдарда жарияланған үш мақала, бір пайдалы модель патенті және халықаралық ғылыми конференцияларда жасалған бірқатар баяндамалар арқылы расталады. Жарияланымдар тізімі: 1. Ayagoz Ibrayeva, Diana Suleimenova, Zulfiya Imanbekova, Urker Abibulla, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P. Balanay. Engineering stable electrolytes with covalent organic frameworks to boost dye-sensitized solar cell efficiency// Materials Today Energy (2025) Vol. 54, Article № 102088. https://doi.org/10.1016/ j.mtener.2025.102088. Мақала Web of Science Core Collection және Scopus деректер базаларында индекстелген. 2025 жылы жарияланған сәтінде «Materials Today Energy» журналының 2024 жылға арналған Impact Factor көрсеткіші 8,6-ға тең және химия, физика, энергетика және отын, материалтану, пәнаралық бойынша Q1 квартиліне жатады. Сондай-ақ, журналдың 2024 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 16,7-ге тең. Процентиль көрсеткіштері: ядролық энергетика және инженерия бойынша – 96, энергетикалық инженерия және энергетикалық технологиялар бойынша – 94, отын технологиялары бойынша – 92, материалтану (әртүрлі) бойынша – 92, жаңартылатын энергия, тұрақты даму және қоршаған орта бойынша – 89. 2. Ayagoz Ibrayeva, Zulfiya Imanbekova, Urker Abibulla, Yerbolat Tashenov, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P. Balanay. Enhancing the stability and efficiency of dye-sensitized solar cells with MIL-125 metal-organic framework as an electrolyte additive//Scientific Reports (2025) Vol. 15, Article № 5883. https://doi.org/10.1038/s41598-025-89913-1. Мақала Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларында индекстелген. 2025 жылы жарияланған сәтінде «Scientific Reports» журналының 2024 жылға арналған Impact Factor көрсеткіші 3,9-ға тең, ал пәнаралық ғылымдар саласы бойынша квартилі – Q1. Сондай-ақ, журналдың 2024 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 6,7-ге тең, пәнаралық бағыт бойынша процентилі – 89. 3. Ayagoz Ibrayeva, Urker Abibulla, Zulfiya Imanbekova, Bakhytzhan Baptayev, Robert J. O’Reilly, Mannix P. Balanay. Advancements in carbazole-based sensitizers and hole-transport materials for enhanced photovoltaic performance//Molecules (2024) Vol. 29, Iss. 21, Article № 5035. https://doi.org/10.3390/molecules29215035. Мақала Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларында индекстелген. Ол 2024 жылы жарияланған сәтте «Molecules» журналының Impact Factor 2023 жылға арналған көрсеткіші 4,2, ал химия (пәнаралық), биохимия және молекулалық биология салалары бойынша квартилі Q2 деңгейінде болды. 2023 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 7,4-ке тең болып, химия (әртүрлі) саласы бойынша процентилі 83, органикалық химия бойынша – 81, физикалық және теориялық химия бойынша – 80, аналитикалық химия бойынша – 78, фармацевтикалық ғылым бойынша – 81, дәрі-дәрмек ашу саласы бойынша – 73, молекулалық медицина бойынша – 68 болды. Сонымен қатар, диссертациялық жұмыстың нәтижелері Қазақстан Республикасының 1 пайдалы модель патенті түрінде Diana Suleimenova, Ayagoz Ibrayeva, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P.Balanay. Бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінің тұрақтылығы мен тиімділігін арттыру тәсілі. – KZ Патент №11169 (19 қыркүйек 2025) және келесі конференцияларда ауызша және постерлік баяндамалар түрінде апробациядан өтілді. 1. Ibrayeva A., Suleimenova D., Imanbekova Z., Baptayev B., Balanay M.P. Metal-organic frameworks and covalent organic frameworks as electrolyte enhancers: a pathway to high-efficiency and stable DSSCs // Silk Road Chemistry: Modern Chemical Technologies and Science: Collection of abstracts of the 1st International Scientific and Practical Conference dedicated to the 100th anniversary of Academician Ye.A. Buketov. – Karaganda: Karaganda National Research University named after Academician Ye.A. Buketov, 2025. – September 25–27. 2. Ibrayeva A., Suleimenova D., Imanbekova Z., Abibulla U., Baptayev B., Balanay M.P. A new avenue for enhancing DSSC performance using covalent organic frameworks in electrolytes // The 4th International Symposium on Emerging Materials and Devices (ISEMD-2025). – Astana: Nazarbayev University, National Laboratory Astana, 2025. – May 28–30. 3. Ibrayeva A., Imanbekova Z., Abibulla U., Baptayev B., Balanay M.P. Enhancing dye-sensitized solar cells efficiency and stability with Ti-MOF-based quasi-solid-state electrolytes // 12th International Conference on Nanomaterials & Advanced Energy Storage Systems (INESS-2024). – Astana: Nazarbayev University, 2024. – August 7–9. 4. Ibrayeva A., Suleimenova D., Imanbekova Z., Abibulla U., Baptayev B., Balanay M.P. Covalent organic frameworks as electrolyte enhancers: a pathway to high-efficiency DSSCs // ACS Fall 2025 National Meeting. – Washington, DC, USA, 2025. – August 17–21 (digital participation). 5. Ibrayeva A., Imanbekova Z., Baptayev B., Balanay M.P. MOF-based electrolytes: a paradigm shift in enhancing the efficiency and stability of DSSCs // NU Annual Research Conference (NUARC-2024). – Astana: Nazarbayev University, 2024. – September 19–21. 6. Ibrayeva A., Suleimenova D., Baptayev B., Balanay M.P. Novel and cost-effective materials for dye-sensitized solar cells // The 2nd International Symposium on Emerging Materials and Devices (ISEMD-2024). – Astana: Nazarbayev University, National Laboratory Astana, 2024. – June 25–27.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
'/%3e%3cpath%20fill-rule='evenodd'%20clip-rule='evenodd'%20d='M17.5427%2012.684C17.1383%2011.7889%2016.7126%2011.771%2016.3278%2011.7553C16.0132%2011.7419%2015.6529%2011.7427%2015.2932%2011.7427C14.9333%2011.7427%2014.3483%2011.8774%2013.8537%2012.4152C13.3587%2012.9531%2011.9639%2014.2533%2011.9639%2016.8978C11.9639%2019.5426%2013.8987%2022.098%2014.1684%2022.4569C14.4383%2022.8153%2017.9033%2028.4156%2023.3907%2030.5701C27.9513%2032.3606%2028.8793%2032.0045%2029.8692%2031.9149C30.8591%2031.8253%2033.0633%2030.6149%2033.5133%2029.3597C33.9632%2028.1048%2033.9632%2027.0291%2033.8282%2026.8043C33.6932%2026.5803%2033.3333%2026.4459%2032.7933%2026.1771C32.2534%2025.9083%2029.5992%2024.6078%2029.1043%2024.4286C28.6093%2024.2494%2028.2494%2024.1598%2027.8894%2024.6979C27.5295%2025.2355%2026.4954%2026.4459%2026.1804%2026.8043C25.8655%2027.1635%2025.5505%2027.2083%2025.0105%2026.9395C24.4706%2026.6699%2022.7318%2026.1029%2020.6691%2024.2717C19.0641%2022.8472%2017.9806%2021.0877%2017.6656%2020.5496C17.3506%2020.012%2017.6318%2019.7209%2017.9027%2019.4529C18.1451%2019.2121%2018.4426%2018.8254%2018.7126%2018.5116C18.982%2018.1977%2019.072%2017.9737%2019.252%2017.6153C19.4319%2017.2564%2019.342%2016.9425%2019.207%2016.6737C19.072%2016.405%2018.0228%2013.7468%2017.5427%2012.684Z'%20fill='white'/%3e%3cdefs%3e%3clinearGradient%20id='paint0_linear_181_11959'%20x1='22.8525'%20y1='42.8177'%20x2='22.8525'%20y2='0.921701'%20gradientUnits='userSpaceOnUse'%3e%3cstop%20stop-color='%2320B038'/%3e%3cstop%20offset='1'%20stop-color='%2360D66A'/%3e%3c/linearGradient%3e%3c/defs%3e%3c/svg%3e)
