«8D05306 - Химия» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Сулейменова Диана Адилхановна диссертациясын қорғауы

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Сулейменова Диана Адилхановна «8D05306 – Химия» білім беру бағдарламасы бойынша ««Өтпелі металдардың халькогенидтері негізінде катодты материалдарды синтездеу және оларды бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінде қолдану»» тақырыбында диссертациясы қорғалады.

Диссертация Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Химия кафедрасы» кафедрасында орындалды.

Қорғау тілі - ағылшын тілінде

Ресми рецензенттер:

Онгарбаев Ердос Калимуллаулы – химия ғылымдарының докторы, профессор, «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).

Тілеуберді Ербол – PhD, қауымдастырылған профессор, «Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).

Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:

Numan Arshid – PhD, профессор,  Санвей университеті (Субанг-Джая қ., Малайзия);

Аргимбаева Акмарал Мухамбетовна – химия ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор (доцент), «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);  

Лепихин Максим Сергеевич – PhD, аға ғылыми қызметкер, Электрохимиялық өндіріс технологиялары зертханасы (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 15:00 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/44389222445215?p=TATAOg28rKnkaPEigA 

Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұқан көш, 13, 333 аудитория.

Аңдатпа (қаз.): «8D05306-Химия» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алуға ұсынылған Сулейменова Диана Адилханқызының «Өтпелі металдардың халькогенидтері негізінде катодты материалдарды синтездеу және оларды бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтерінде қолдану» тақырыбындағы диссертациялық жұмысына АҢДАТПА Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Диссертациялық жұмыс фотоэлектрохимиялық және фотоэлектрлік құрылғыларда, атап айтқанда бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтері (БСКЭ немесе Гретцель элементтері) қолдануға арналған платинасыз электрокаталитикалық материалдарды әзірлеуге, синтездеуге және кешенді зерттеуге арналған. Жұмыстың негізгі нәтижелері ғылыми жарияланымдар сериясында ұсынылған және БСКЭ платинаның (Pt) тиімді баламасы ретінде өтпелі металдардың халькогенидтері негізіндегі катодтық материалдарды (КМ) әзірлеу мен зерттеуге арналған. Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Жаһандық энергетикалық дағдарыс, дәстүрлі энергия көздерінің сарқылуы және экологиялық жағдайдың нашарлауы жағдайында балама, тұрақты әрі экологиялық жағынан таза электр энергиясын өндіру тәсілдерін әзірлеу қажеттілігі артып отыр. Осындай мәселелер шешімдерінің ішінде күн элементтері жаңартылатын энергия көздерінің ең перспективалы түрлерінің бірі ретінде ерекше назар аударады. БСКЭ өндірісінің қарапайымдылығы, төмен құны және шашыраңқы жарықта тиімді жұмыс істей алуының арқасында басқа фотоэлектрлік құрылғылардан ерекшелінеді. Алайда, олардың кең ауқымды өнеркәсіптік қолданысын шектейтін негізгі факторлардың бірі -энергияны түрлендіру тиімділігі, құрылғылардың ұзақ мерзімділігі және тұрақтылығын арттыру қажеттілігі. БСКЭ жұмысының тиімділігін қамтамасыз етуде катод ерекше рөл атқарады, өйткені оның қасиеттері тотығу-тотықсыздану жұбының регенерация жылдамдығын және соның нәтижесінде құрылғының жалпы тиімділігін айқындайды. Әдетте, дәстүрлі катод материалы ретінде Pt қолданылады. Ол катодта электрондардың тиімді тасымалдануын қамтамасыз етіп, тотығуға ұшыраған бояғыш молекулаларының қалпына келуіне ықпал етеді. Сонымен қатар, Pt электролиттегі тотығуға ұшыраған бөлшектердің қалпына келу процесін төмен асқын кернеу арқылы тиімді түрде жеңілдетеді. Алайда, Pt-ны катод ретінде пайдаланудың кемшіліктері де бар. Және де оның жоғары құны БСКЭ-нің кең ауқымда қолданылуын және қолжетімділігін шектейді. Бұған қоса, Pt сұйық электролитпен, әсіресе I-/I3- тотығу-тотықсыздану жұбы қолданылған жағдайда, ыдырап, тотығуға ұшырауы мүмкін, бұл құрылғының тұрақтылығына байланысты мәселелерге алып келеді. Соңғы уақытта құрамында Pt жоқ КМ әзірлеу бағытында ауқымды зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Идеалды материал тек арзан ғана емес, сонымен қатар трииодидтердің қалпына келу реакциясына жоғары электрокаталитикалық белсенділікке және жоғары тұрақтылыққа ие болуы тиіс. Зерттелген материалдардың ішінде өтпелі металдардың халькогенидтері - яғни, олардың оксидтері, сульфидтері және селенидтері - өздерінің әсерлі электрокаталитикалық белсенділігімен, химиялық тұрақтылығымен және кең қолжетімділігімен ерекшеленеді. Осыған байланысты БСКЭ КМ ретінде қолданылатын өтпелі металдардың негізінде халькогенидтерді синтездеу және зерттеу тақырыбы бойынша докторлық диссертация заманауи және өзекті болып табылады. Зерттеудің мақсаты - өтпелі металдардың халькогенидтері негізінде бояғышпен сенсибилизацияланған күн элементтері үшін катодтық материалдарды синтездеу және олардың каталитикалық белсенділігін зерттеу. Зерттеу жұмысының міндеттері: 1. Өтпелі металдардың халькогенидтері негізінде катодтық материалдарды жоспарлау және синтездеу; 2. Синтезделген электрокатализаторлардың құрылымы мен морфологиясын заманауи талдау әдістері - рентгенқұрылымдық талдау (РҚТ), сканерлеуші электронды микроскопия (СЭМ), энергия-дисперсиялық рентгендік спектроскопия (ЭДС), жарықтандырушы электронды микроскопия (ЖЭМ) және рентген фотоэлектронды спектроскопия (РФЭС) - көмегімен сипаттау; 3. БСКЭ үшін катодтық материал ретінде синтезделген электрокатализаторлардың каталитикалық белсенділігін бағалау. Зерттеу нысаны: өтпелі металдардың халькогенидтері негізіндегі катодтық материалдар. Қорғауға ұсынылған диссертацияның негізгі жағдайлары (қағидалары): 1. FTO субстратында бір сатылы солвотермиялық әдіспен синтезделген үштік сульфиді Zn0.76Co0.24S БСКЭ үшін тиімді және үнемді КМ болып табылатыны анықталды. Zn0.76Co0.24S Pt қарағанда жоғары катодтық ток тығыздығына ие екендігі көрсетті, бұл салыстырмалы энергия түрлендіру тиімділігімен электрокаталитикалық белсенділіктің жоғарылауын көрсетті (7,94% қарсы 8,12%). КM 200 сағаттан кейін өнімділікті сақтай отырып, тамаша ұзақ мерзімді тұрақтылықты көрсететіні эксперименталды түрде расталды. 2. FeCo2S4 наножіптерінің үш сатылы солвотермиялық синтезімен Pt (RCT ≈ 7,07 Ω•см2) салыстырғанда зарядты тасымалдау кедергісі төмендеген (RCT ≈ 5,54 Ω•см2) КМ алуға мүмкіндік беретіні анықталды. FeCo2S4 наножіптеріне негізделген БСКЭ энергияны түрлендірудің жоғары тиімділігіне қол жеткізетіндігі (7,45% қарсы 7,88%) көрсетті. FeCo2S4 наножіптеріне негізделген фотоэлектрлік құрылғылар жұмыс тұрақтылығын жақсартты, ал Pt негізіндегі күн элементтері өнімділіктің төмендеуін көрсетті. 3. MWCNT@MnO/NiS үштік композиті БСКЭ үшін жоғары тиімді және арзан КM болып табылды. Бұл композитті пайдалану Pt стандартынан (8,54%) асатын 9,29% жоғары энергияны түрлендіру тиімділігін қамтамасыз ететіні көрсетті. Төмен зарядты тасымалдау кедергісі (RCT ≈ 0.53 Ω•см2) жоғары электрокаталитикалық белсенділікті және ұзақ мерзімді жұмыс тұрақтылығын қамтамасыз ететіні эксперименталды түрде расталды. Ғылыми жаңалығы: - Алғаш рет FeCo2S4 үштік сульфиді және MWCNTs@MnO/NiS үштік композиті негізіндегі жаңа КМ синтезделіп, сипатталды. Бұл материалдар БСКЭ жүйесінде I-/I3- тотығу-тотықсыздану жұбының қалпына келу реакцияларында жоғары электрокаталитикалық белсенділікке ие екені көрсетілді. - Синтезделген материалдардың құрамы, морфологиясы, құрылымдық параметрлері мен каталитикалық белсенділігі арасындағы байланыс анықталды, бұл өз кезегінде олардың тиімділігіне әсер ететін негізгі факторларды айқындауға мүмкіндік берді және Pt-ның баламасы ретінде қолдануға болатындығын дәлелдеді. - FeCo2S4 және Zn0.76Co0.24S қолдану арқылы ток тығыздығының және редокс-жұптың қалпына келу дәрежесінің жоғары мәндері алынды. Бұл көрсеткіштер Pt электродтарының эталондық сипаттамаларымен салыстырмалы немесе олардан жоғары нәтижелер көрсетті. - MWCNTs@MnO/NiS негізіндегі композитті КМ жасауға арналған жаңа тәсіл ұсынылды. Бұл әдіс жоғары өткізгіштікке ие көміртекті матрица мен өтпелі металдардың каталитикалық белсенділігінің синергетикалық әсерін қамтамасыз етеді. - Синтезделген катод материалдарға РҚТ, СЭМ, ЭДС, ЖЭМ, РФЭС, циклдік вольтамперометрия және электрохимиялық импеданстық спектроскопия әдістері арқылы кешенді физика-химиялық және электрохимиялық зерттеулер жүргізілді. Бұл олардың БСКЭ құрамында практикалық қолдануға жарамдылығын ғылыми тұрғыдан негіздеуге мүмкіндік берді. Жұмыстың теориялық маңыздылығы фотоэлектрлік құрылғылар үшін перспективті КМ болып табылатын өтпелі металдардың халькогенидтерінің физика-химиялық қасиеттері туралы түсініктерді дамытуымен айқындалады. Зерттеу барысында морфологияның, кристалдық құрылымның және химиялық құрамның олардың электрохимиялық және оптикалық сипаттамаларына әсері жөнінде жаңа деректер алынды, бұл БСКЭ құрылымында заряд тасымалдау процестері мен материалдардың фотосенсибилизаторлармен өзара әрекеттесу механизмдерін тереңірек түсінуге мүмкіндік береді. Зерттеу нәтижелері химия, материалтану, нанотехнологиялар және электрохимиялық энергетика салаларындағы теориялық негізді кеңейтіп қана қоймай, сонымен қатар жаңартылатын энергия көздері саласындағы ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар аясында қолдануға негіз болып, күн энергиясын тиімді түрлендіруге арналған функционалдық наноқұрылымдарды инженериялаудың жаңа тәсілдерін ашады. Жұмыстың практикалық маңыздылығы өтпелі металдардың халькогенидтері негізінде тиімді КМ әзірлеу және сынақтан өткізу арқылы айқындалады, олар БСКЭ құрамында қолданылуы мүмкін. Алынған материалдар жоғары электр өткізгіштік, каталитикалық белсенділік және тұрақтылық сияқты жақсартылған сипаттамаларды көрсетті, бұл күн энергиясын түрлендіру тиімділігін арттыруға және күн элементтерінің өзіндік құнын төмендетуге ықпал етеді. Дайындалған синтез әдістері қайталанбалы, ауқымды және өнеркәсіптік қолдануға бейімделе алады. Зерттеу нәтижелері арзан әрі экологиялық қауіпсіз фотоэлектрлік құрылғылардың жаңа буынын әзірлеуде, сондай-ақ биосенсорлар, суперконденсаторлар, литий-иондық батареялар, электрохромды құрылғылар, отын элементтері және каталитикалық жүйелер сияқты салаларда қолданылуы мүмкін. Жұмыстың мемлекеттік ғылыми бағдарламалар жоспарымен байланысы. Бұл жұмыс Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігінің Ғылым комитеті тарапынан қаржылай қолдауымен (грант № AP13068358 – «Арзан қатты күйдегі бояғыш негізіндегі күн батареялары – саланы дамытудың жаңа стратегиясы», № AP23490505 – «Жетілдірілген архитектуралы қатты күйдегі бояумен сенсибилизацияланған күн элементтері негізіндегі үй-жайларға арналған фотовольтаика»). Автордың жеке үлесі зерттеу мақсаты мен міндеттерін қоюдан, эксперименттік жұмыстарды жүргізуден, алынған нәтижелерді интерпретациялау мен ұсынудан, сондай-ақ диссертация тақырыбы бойынша халықаралық басылымдарға ғылыми мақалалар дайындаудан көрінеді. Осы жұмыста ұсынылған барлық нәтижелер ізденушінің өзі немесе оның тікелей қатысуымен алынған. Бірінші мақалада «Tailored Manganese Oxide and Nickel Sulfide Composites with MWCNTs as Platinum-Free Electrodes for Solar Energy Conversion» автор негізгі эксперименттерді жүргізіп, деректерге талдау жасады және қолжазбаның бастапқы нұсқасын жазды. Екінші мақалада «Enhanced Efficiency and Stability of Dye-Sensitized Solar Cells Utilizing FeCo2S4 Nanowires as Pt-Free Counter Electrodes» автор бағдарламамен жұмыс жасау, ресурстар, әдіснама, формалды талдау, деректерді жүйелеу және зерттеуді тұжырымдау бағыттарында үлес қосты. Үшінші мақалада «Efficient One-Step Synthesis of a Pt-Free Zn0.76Co0.24S Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells and Its Versatile Application in Photoelectrochromic Devices» автор әдіснаманы әзірлеуге, зерттеу жұмыстарын жүргізуге және қолжазбаның бастапқы нұсқасын дайындауға қатысты. Жарияланымдар. Диссертациялық зерттеу жұмысының нәтижелері мен қорытындылары бойынша 4 ғылыми еңбек жарияланды, оның ішінде 3 мақала импакт-факторы нөлдік емес халықаралық рецензияланған Scopus және Web of Science басылымдарында, 1 мақала ҚР Ғылым және жоғары білім министрлігі саласындағы сапаны қамтамасыз ету Комтитеті ұсынған басылымдарда, 4 халықаралық конференцияға ұсынылған және 1 патент -Қазақстан Республикасында тіркелген. Зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша шығарылған мақалалар тізімі: 1. Diana Suleimenova, Yerbolat Tashenov, Ayagoz Ibrayeva, Robert J O’Reilly, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P Balanay. Tailored manganese oxide and nickel sulfide composites with MWCNTs as platinum-free electrodes for solar energy conversion // Scientific Reports – 2025. - V. 15., Iss.1. – Article number 29723. https://doi.org/10.1038/s41598-025-14954-5 Мақала Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларында анықталды. 2025 жылы жарияланған сәтінде «Scientific Reports» журналының 2024 жылға арналған Impact Factor (импакт-фактор) көрсеткіші 3.9-ға тең және пәнаралық ғылымдар бойынша квартилі – Q1. 2024 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 6.7-ге тең, пәнаралық бағыт бойынша процентилі – 89. 2. Diana Suleimenova, Yerbolat Tashenov, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P Balanay. Enhanced efficiency and stability of dye-sensitized solar cells utilizing FeCo2S4 nanowires as Pt-free counter electrodes // Journal Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 2024, - V. 457. Article number 115908. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2024.115908 Мақала Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларында анықталды. 2024 жылы жарияланған сәтінде «Photochemistry and Photobiology A: Chemistry» журналының 2023 жылға арналған Impact Factor (импакт-фактор) көрсеткіші 4.1-ге тең және физикалық химия бойынша квартилі – Q2. 2023 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 7.9-ға тең, жалпы физика және астрономия бойынша процентилі – 86, жалпы химиялық инженерия бойынша – 81, жалпы химия бойынша процентилі – 81. 3. Yerbolat Tashenov, Diana Suleimenova, Bakhytzhan Baptayev, Salimgerey Adilov, Mannix P Balanay. Efficient One-Step Synthesis of a Pt-Free Zn0.76Co0.24S Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells and Its Versatile Application in Photoelectrochromic Devices // Nanomaterials. – 2023. - V. 13., Iss.20. – Article number 2812. https://doi.org/10.3390/nano13202812 Мақала Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларында анықталды. 2023 жылы жарияланған сәтінде «Nanomaterials» журналының 2022 жылға арналған Impact Factor (импакт-фактор) көрсеткіші 5.3-ке тең болды және пәнаралық химия, пәнаралық материалтану бойынша квартилі – Q2. 2022 жылға арналған CiteScore көрсеткіші 7.4-ке тең болды, жалпы химиялық инженерия бойынша процентилі – 81, жалпы материалтану бойынша процентилі – 78. Уәкілетті орган ұсынған басылымдарда: 4. Diana Suleimenova, Yerbolat Tashenov, Mannix P. Balanay, Bakhytzhan Baptayev. Unveiling the Potential of MnxCo3-xS4 Electrocatalyst in Triiodide Reduction for Dye-Sensitized Solar Cells // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. – 2023. - V. 111., № 3. – P. 58-64. https://doi.org/10.31489/2023ph3/58-64 Халықаралық конференцияларда баяндалған жұмыстар тізімі: 5. Diana Suleimenova, Ayagoz Ibrayeva, Bakhytzhan Baptayev, Yerbolat Tashenov, Mannix P. Balanay. Pt-free and efficient counter electrode with nanostructured MnCo2S4 for dye-sensitized solar cells. // The 10 International Conference on Nanomaterials and Advanced Energy Storage Systems, INESS-22, August 4-6, 2022, Nur-Sultan, Kazakhstan. 6. Diana Suleimenova, Yerbolat Tashenov, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P. Balanay. Pt-free and efficient counter electrode with FeCo2S4 nanowires for dye-sensitized solar cells. // The 12th International Conference on Nanomaterials and Advanced Energy Storage Systems (INESS-2024), August 7-9, 2024, Nazarbayev University, Astana, Kazakhstan. 7. Diana Suleimenova, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P. Balanay. FeCo2S4 nanowires as an effective counter electrode for dye-sensitized solar cells. // NU Annual Research Conference 2024, September 19-21, 2024, Nazarbayev University, Astana, Kazakhstan. 8. Diana Suleimenova, Bakhytzhan Baptayev, Mannix P. Balanay. Efficient dye-sensitized solar cells with easily fabricated Pt-free MnxOy/Ni3S4/MWCNT composite counter electrodes. // The 4th International Symposium on Emerging Materials and Devices, hosted by the Renewable Energy Lab at National Laboratory Astana, May 28-30, 2025, Nazarbayev University, Kazakhstan. Қазақстан Республикасының 1 патенті: 9. Пайдалы модель патент 2025 жылғы 19 қыркүйектегі № 11168. Сулейменова Д.А., Ибраева А.К., Баланэй М.П., Баптаев Б.Д. «Бояғышқа сезімтал күн элементтері үшін электрокатализаторды алу тәсілі».

Диссертация

Ғылыми еңбектер тізімі

Ғылыми кеңесшінің пікірі

Шетелдік кеңесшінің пікірі

Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы