Prof. dr hab. inż. Bogdan Szczygieł Wydział Chemiczny e-mail: bogdan.szczygiel@pwr.edu.pl Wrocław, 14.10.2014 r Recenzja osiągnięcia naukowego oraz aktywności naukowej dr Piotra Krawczyka w postępowaniu habilitacyjnym prowadzonym przez Wydział Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej Dla oceny osiągnięcia naukowego oraz aktywności naukowej dr Piotra Krawczyka recenzent otrzymał skierowany do Centralnej Komisji do Spraw Stopni i Tytułów Wniosek o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego w dziedzinie Nauk Chemicznych w dyscyplinie Technologia Chemiczna oraz w postaci plików elektronicznych: dyplom doktorski wystawiony przez Politechnikę Poznańską (załącznik 1), autoreferat (zał. 2), opis dorobku naukowego, dydaktycznego oraz organizacyjnego (zał. 3), artykuły stanowiące główne osiągnięcie (zał. 4) oraz oświadczenia współautorów o ich procentowym udziale w tych materiałach (zał. 5). Jako osiągnięcie naukowe Habilitant wskazał monotematyczny cykl publikacji, patent i 2 zgłoszenia patentowe, zatytułowane: Aktywacja oraz regeneracja elektrod z ekspandowanego grafitu stosowanych w procesie elektrochemicznego utleniania fenolu. Sylwetka Habilitanta Dr Piotr Krawczyk jest absolwentem Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Pracę magisterską dotyczącą właściwości katalitycznych modyfikowanych lantanowcowych form zeolitów typu Y wykonał pod kierunkiem prof. Stanisława Kowalaka. W 1994 roku, bezpośrednio po ukończeniu studiów, został zatrudniony na stanowisku asystenta w Zakładzie Elektrochemii Stosowanej Instytutu Chemii i Elektrochemii Technicznej na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej. Z tą jednostką naukową dr Krawczyk związany jest nieprzerwanie do dzisiaj. Przez cały okres zatrudnienia kierownikiem i przewodnikiem naukowym Habilitanta był prof. Jan Skowroński. W 2000 roku obronił pracę doktorską Elektrochemiczne właściwości oraz modyfikacja wybranych materiałów węglowych, której promotorem był prof. J. Skowroński, a w 2001 przeszedł na etat adiunkta. Od 2013 pracuje jako wykładowca. 1
Główne osiągnięcie naukowe Wszystkie prace wchodzące w skład głównego osiągnięcia naukowego (monotematyczny cykl 16 publikacji, 1 patent i 2 zgłoszenia patentowe) zostały opublikowane w latach 2004-2014. Tytuł osiągnięcia wskazuje, że dotyczy ono stosunkowo wąskiego obszaru badawczego i ma charakter wyraźnie technologiczny. Lektura publikacji Habilitanta pokazuje jednak, że udział badań naukowych o charakterze podstawowym jest znaczny, a często dominujący. Można zatem stwierdzić, że wybór jako dziedziny nauk chemicznych i technologii chemicznej jako dyscypliny dla oceny dorobku naukowego dr P. Krawczyka jest właściwy. Usuwanie fenolu ze ścieków jest tematem ważnym, badanym i realizowanym już od kilkudziesięciu lat. Ciągle jednak szuka się rozwiązań wydajniejszych i tańszych. Habilitant w badaniach, z racji swoich zainteresowań naukowych, skupia się na metodzie elektrochemicznej. Metoda elektrochemiczna utleniania fenolu obok niewątpliwych zalet ma również poważne wady. Najpoważniejsza łączy się z powstawaniem nierozpuszczalnych produktów pośrednich, które potrafią skutecznie blokować powierzchnię elektrody, aż do całkowitego zatrzymania reakcji. Jednym z ważniejszych czynników wpływających na przebieg procesu jest wybór materiału elektrodowego. Rozwiązań opisywanych w literaturze, w tym stosowanych w praktyce jest wiele, natomiast Habilitant uznał, że największe możliwości daje użycie jako anody materiału węglowego materiału od dawna wykorzystywanego w zespole prof. Jana Skowrońskiego. Za cel postawił sobie zastosowanie ekspandowanego grafitu, jego aktywację i opracowanie metody regeneracji takich elektrod. W przedstawionym autoreferacie Habilitant swoje badania dzieli na trzy stanowiące logiczną sekwencję nurty. Pierwszy nurt badań polegający na modyfikacji materiału elektrodowego, czyli ekspandowanego grafitu, zmierzał do zwiększenia jego aktywności elektrochemicznej i odporności na dezaktywację. Dr Krawczyk zastosował w większości standardowe, dobrze znane z literatury metody obróbki materiału, a więc: utlenianie w warunkach potencjostatycznych, termiczną aktywację, aktywację za pomocą ozonu, oraz dwustopniową obróbkę - najpierw oddziaływanie chemiczne a potem termiczne w wyznaczonych środowiskach. Natomiast jako pierwszy zaproponował wtórną eksfoliację ekspandowanego grafitu połączoną z wtórną interkalacją H 2 SO 4 w strukturę ekspandowanego grafitu. Po modyfikacji materiału elektrodowego Habilitant badał mechanizm procesu utleniania fenolu, oceniając czy uzyskane zmiany idą w zamierzonym kierunku. Najlepszy wariant to uzyskanie jako produktu końcowego wody i ditlenku węgla. Określał rodzaj grup funkcyjnych znajdujących się na powierzchni ekspandowanego grafitu i ich ilość, rozwinięcie powierzchni, analizował produkty rozpuszczone w roztworze i oznaczał stężenie fenolu. Proces utleniania fenolu prowadził w warunkach galwano- lub potencjostatycznych. Dla oceny efektu modyfikacji elektrod, ewentualnie zastosowanego dodatku do roztworu, standardowo wykorzystywał woltamperometrię cykliczną, spektroskopię fotoelektronów, spektroskopię w podczerwieni i skaningową mikroskopię elektronową. Metodami tymi Habilitant posługiwał się sprawnie i po rzeczowej dyskusji wyciągał wnioski, w których łączył poprawę aktywności elektrod z konkretnymi zmianami stanu ich powierzchni po modyfikacji oraz zmianami w mechanizmie utleniania. Tym samym dawał odpowiedź na jedno z ważniejszych pytań w nauce, czyli dlaczego?. Trzeba jednak wspomnieć, że często zadanie Habilitanta było ułatwione z uwagi na fakt, że wiele ważnych podpowiedzi do 2
prowadzonych rozważań dała mu literatura naukowa i opisane w niej badania prowadzone w innych jednostkach. Ale rolą pracownika nauki jest znaną wiedzę dobrze wykorzystać. Każda z zastosowanych przez Habilitanta metod aktywacji powodowała korzystne zmiany materiału i pozytywny wpływ na efektywność procesu utleniania fenolu. Z jednej strony cieszy, z drugiej nieco zastanawia. Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że poprawa aktywności materiału elektrodowego wynika z rozwinięcia powierzchni właściwej oraz wytworzenia nowych bądź zwiększeniu ilości istniejących grup funkcyjnych. Nieco inne podejście na drogę do poprawy aktywności elektrod z ekspandowanego grafitu zaprezentował dr Krawczyk w artykule w Journal of Solid State Electrochemistry. Pomysł polegał na dodatku metanolu do elektrolitu, co powodowało powstanie filmu oligomerów o innej strukturze i składzie oraz w konsekwencji znaczne zahamowanie spadku aktywności elektrod w kolejnych cyklach utleniania fenolu. Sumarycznie wyniki tej części badań Habilitant przedstawił w 11 spośród 16 publikacji monotematycznego cyklu. Drugi kierunek badań dotyczył regeneracji elektrod w celu ich ponownego użycia. Dla oceny efektywności stosowanych metod Habilitant porównywał aktywność elektrochemiczną w procesie elektrochemicznego utleniania fenolu elektrod użytych po raz pierwszy i po ich regeneracji oraz określał zmianę masy elektrod. Metoda termicznej obróbki w 500 C spowodowała trzykrotny wzrost aktywności w porównaniu do nowych elektrod, co było wynikiem wytworzenia na powierzchni kompozytu: ekspandowany grafit/węgiel. Należałoby zatem przyjąć, że ta metoda regeneracji to dobra metoda aktywacji materiału elektrodowego - lepsza od stosowanych we wcześniejszych badaniach. Inaczej: nowy materiał i materiał wstępnie aktywowany są gorsze niż ten po regeneracji. Szkoda, że metodę dyskwalifikuje duży ubytek masy elektrody i możliwość tylko jednokrotnej aktywacji. Metoda polaryzacji katodowej zużytych elektrod prowadziła do fizycznego odrywaniu filmu oligomeru od grafitu przez intensywnie wydzielający się wodór (występują też oddziaływania chemiczne). Odpowiednio dobrane warunki elektrolizy pozwoliły uzyskać materiał trzykrotnie lepszy od nowego i pozwalający przeprowadzić regenerację aż kilkanaście razy. Obserwowany efekt jest imponujący. Wydaje się, że wcześniej przedstawione metody należy w tym momencie zdecydowanie odrzucić. Nie dziwi, że wyniki tych badań opublikowano w Electrochimica Acta, a co jeszcze ważniejsze rozwiązanie zostało opatentowane. Skoro katodowa aktywacja dała pozytywny wynik, Habilitant uznał, że należy sprawdzić efekt polaryzacji anodowej i działanie wydzielanego w tym procesie tlenu. Wykonane badania wykazały, że tlen wchodzi w reakcję z oligomerem, zmienia strukturę grafitu i skład warstwy wierzchniej oraz mechanicznie usuwa oligomer z powierzchni. Opracowanie warunków procesu dało efekt w postaci poważnego artykułu oraz zgłoszenia patentowego. Kolejny pomysł Habilitanta polegał na regeneracji ekspandowanego grafitu w warunkach in-situ. To metoda trudniejsza w realizacji lecz mająca wiele oczywistych zalet w stosunku do wcześniejszej. Także w tym wypadku sposób regeneracji stał się przedmiotem zgłoszenia patentowego. Podsumowując, ten fragment badań nie wiązał się z zastosowaniem nowych technik, natomiast ich użycie dla konkretnego materiału anodowego i konkretnego procesu dało dobry rezultat. Trzeci kierunek działań Habilitanta związany był z poszukiwaniem możliwości wykorzystania zużytego materiału elektrodowego po utlenianiu fenolu. Zagospodarowanie odpadów to zadanie niewątpliwie ważne. Zagadnieniu temu Habilitant nie poświęcił jednak zbyt dużo swojej aktywności. Dodanie kompozytu z ekspandowanego grafitu i oligomeru do matryc cementowych nie budzi moich emocji. I mimo, że Habilitant pisze o uzyskanej poprawie pewnych właściwości zapraw cementowych, osobiście nie promowałbym tego 3
rozwiązania. Za wcześnie. Natomiast zdecydowanie dobrze, że Habilitant pamięta, że trzeba z odpadem, także z jego badań naukowych, coś zrobić. Sprawa być może będzie rozwijana, ale poważnego elementu naukowego, a może i praktycznego, w najbliższym czasie specjalnie bym nie oczekiwał. Zdecydowanie dominującą techniką badawczą stosowaną przez Habilitanta jest woltamperometria cykliczna. Zasadniczo we wszystkich artykułach zajmuje ona pierwsze miejsce, a służy do określania aktywności elektrochemicznej materiału elektrodowego. Metoda została dobrze opanowana przez Habilitanta, a uzyskane wyniki poddano dogłębnej, profesjonalnej dyskusji. Dla określenia składu, struktury i morfologii powierzchni ekspandowanego grafitu dr Krawczyk wykorzystuje: XPS, FTIR i SEM. Sporadycznie stosuje: XRD, TG, DTG, chromatografię gazową i oczywiście metody elektrochemiczne (potencjostatyczna i galwanostatyczna) dla aktywacji i regeneracji elektrod grafitowych. Zakres metod badawczych nie jest zbyt szeroki, co w znacznym stopniu wiąże się ze skoncentrowaniem się Habilitanta na wąskim, szczegółowo sprecyzowanym obszarze elektrochemii. Publikacje z monotematycznego cyklu ukazały się w czasopismach o różnym zasięgu i różnej randze naukowej. Ważne, że wśród nich znajdują się takie, które dają gwarancję wysokiego poziomu naukowego zamieszczonych tam prac: Electrochimica Acta (2 publikacje), Journal of Solid State Electrochemistry (3), Carbon, Chemical Engineering Journal (2), Journal of Applied Electrochemistry oraz Ionics. Publikacje w Przemyśle Chemicznym (5 artykułów) skierowane są do innego odbiorcy, mają mniejszy zasięg, lecz także stanowią ważną część dorobku technologicznego i naukowego Habilitanta. Sumaryczny IF wszystkich prac stanowiących główne osiągnięcie przekracza 30. To dobry wynik. Habilitant podaje również indywidualny IF uwzględniający liczbę autorów, a wynosi on 19. Porównanie tych dwóch wartości mówi o niewielkiej liczbie współautorów i świadczy o zdecydowanie wiodącej i inspirującej roli dr Krawczyka w badaniach będących podstawą ubiegania się o stopień doktora habilitowanego. Z drugiej strony, Habilitant powinien pamiętać, że w dalszych etapach kariery naukowej powinien rozszerzyć listę badaczy, z którymi będzie współpracował i publikował, a w związku z tym utrzymanie tak niewielkiej ilości współautorów będzie niemożliwe a przede wszystkim niecelowe. Dwie prace są jednoautorskie, trzynaście dwuautorskich i tylko jedna ma 3 autorów. Średni IF wynosi 1,9. W mojej opinii to dobry wyniki. Liczba cytowań łącznie z autocytowaniami według Web of Science wynosi 72 (według bazy Scopus z dnia 7.10.2014: 77, lecz w tym znajduje się aż 38 autocytowań). Uważam, że przeprowadzone badania pozwoliły zrealizować cele wyznaczone przez Habilitanta, zarówno te o charakterze technologicznym jak i naukowym. Rozwiązania zaproponowane w uzyskanym patencie i 2 zgłoszeniach patentowych oraz rezultaty badań przedstawione w 16 publikacjach i wyciągnięte wnioski stanowią istotną nowość i dają znaczny wkład w rozwój uprawianej dyscypliny naukowej. Oceniając główne osiągnięcie Habilitanta chciałbym zwrócić jeszcze raz uwagę na następujące elementy: znaczna część artykułów z monotematycznego cyklu została opublikowana w czasopismach o uznanej randze naukowej; odbiór prac w środowisku naukowym objawiający się ich cytowaniem jest przeciętny; obszar badawczy był wąski, jednakże uzyskane wyniki moim zdaniem pozwolą podjąć próby przeniesienia doświadczeń na inne materiały i inne procesy; 4
wykonane prace mają duże technologiczne znaczenie, co widać po działaniach i uzyskanych efektach związanych z patentowaniem opracowanych rozwiązań; badania zamykają się w logiczną całość: najpierw aktywacja materiału, potem regeneracja i wreszcie zagospodarowanie odpadu (to ostatnie w szczątkowej formie); w pracy znajdują się elementy mające charakter nowości naukowej i nowych rozwiązań technologicznych. Aktywność naukowa W najwcześniejszym okresie zatrudnienia na Politechnice Poznańskiej, w latach 1994 1999, Habilitant nie był autorem żadnej opublikowanej pracy naukowej. Tak przynajmniej wynika z materiałów przygotowanych na potrzeby postępowania habilitacyjnego i z przeglądu dostępnych baz danych. Pierwsze 2 prace ukazały się w czasopiśmie Karbo w roku 2000, a więc roku obrony pracy doktorskiej i były tematycznie z tą pracą związane. Po doktoracie, oprócz zagadnień związanych ze stosowaniem ekspandowanego grafitu do utleniania fenolu, Habilitant realizował we współpracy z innymi badaczami kilka zadań badawczych. Prace te były tematycznie bliskie głównemu osiągnięcia naukowemu i związane między innymi z generowaniem i magazynowaniem energii elektrycznej oraz wytwarzaniem aktywnych elektrochemicznie materiałów elektrodowych do różnego rodzaju ogniw. Ciekawym doświadczeniem naukowym, odbiegającym wyraźnie od reszty prac, było otrzymywanie warstw hydroksyapatytowych na powierzchni tytanu z przeznaczeniem na implanty dentystyczne. Tym zagadnieniem zajmuje się wiele jednostek naukowych w kraju i za granicą, konkurencja jest poważna, więc tym bardziej zauważyć trzeba uzyskanie patentu na sposób otrzymywania implantów Ti-hydroksyapatyt. Aktywność naukowa Habilitanta po doktoracie, poza monotematycznym cyklem publikacji stanowiącym główne osiągnięcie, to 10 artykułów, w tym 6 publikacji w uznanych czasopismach z dużym IF (Electrochimica Acta, Energy Conversion and Management, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Solid State Ionics, Journal of Power Science, Applied Surface Science) (cytowane według Web of Science 44 razy; według Scopus 46 razy, a bez autocytowań 20 razy). Ich IF przekracza 17. Dodatkowo 2 patenty i 2 zgłoszenia patentowe. Pozostałe 4 artykuły ukazały się w czasopismach branżowych, głównie w Karbo. IF całego dorobku naukowego Habilitanta wynosi 45,84. W prezentowanej dyscyplinie naukowej to dobry wynik. Ilość cytowań (bez autocytowań) według Web of Science 74, a według bazy Scopus 59. Najwyżej przeciętnie. Indeks Hirscha nieco podniesiony z uwagi na około 50% udział autocytowań wynosi 7. Dwie pierwsze wartości w mojej opinii dobre, trzecia wskazująca na odbiór publikowanych prac w środowisku naukowym słabsza. Wyniki badań Habilitanta były prezentowane w postaci referatów, komunikatów i posterów na 22 konferencjach krajowych i międzynarodowych. Dr Piotr Krawczyk w latach 2009-2012 kierował projektem KBN Aktywne elektrody z ekspandowanego grafitu przeznaczone do procesu elektrochemicznego utleniania fenolu otrzymywanie, fizykochemiczne właściwości. Okres ten odznaczał się większą aktywnością publikacyjną Habilitanta, co świadczy o dobrym wykorzystaniu finansów płynących z realizacji projektu. Kierowanie projektem to ważne doświadczenie przed wejściem na drogę samodzielnego pracownika nauki. W 4 kolejnych projektach KBN i MNiSW dr Krawczyk był jednym z wykonawców. 5
W przedstawionych materiałach Habilitant wspomina o współpracy z innymi ośrodkami naukowymi: prof., Andrzejem Czerwińskim z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, z prof. Wiesławem Hędzelkiem z Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu i z dr Agnieszką Ślosarczyk z Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej. Nie jest tych jednostek zbyt wiele, jednak dużym plusem jest fakt, że w każdym przypadku efektem były wspólne publikacje lub patent. W recenzji wymienić należy również rolę Habilitanta jako recenzenta w ocenie 4 artykułów w czasopismach anglojęzycznych. Biorąc pod uwagę wszystkie formy aktywności naukowej Habilitanta aktywność tę oceniam jako wystarczająco istotną zgodnie z wymogami Ustawy. Działalność dydaktyczna, organizacyjna i w zakresie popularyzacji nauki Dr P. Krawczyk prowadził różne formy zajęć dydaktycznych: wykłady seminaria, ćwiczenia i laboratoria. Wykłady i laboratoria to między innymi: Gospodarka odpadami, Recykling materiałów w elektrochemii i Podstawy technologii elektrochemicznej. Ważnym kursem realizowanym przez Habilitanta jest Seminarium dyplomowe. Do ważniejszych efektów pracy dydaktycznej zaliczyć należy opiekę dydaktyczną i naukową nad 27 pracami magisterskimi i 7 inżynierskimi. Na podkreślenie zasługuje duże zaangażowanie w popularyzację nauki, które przejawia się organizacją i prowadzeniem warsztatów naukowych, laboratoriów i wykładów dla uczniów szkół średnich i dla nauczycieli. Od 2002 roku dr Krawczyk jest członkiem Polskiego Towarzystwa Węglowego, a w latach 2005-2009 był członkiem jego zarządu. Dr P. Krawczyk w latach 2011 i 2012 został wyróżniony Nagrodami Rektora Politechniki Poznańskiej za osiągnięcia naukowe. Podsumowanie Po dogłębnej analizie publikacji i dokumentów przygotowanych przez dr Piotra Krawczyka, główne osiągnięcie Habilitanta zatytułowane Aktywacja oraz regeneracja elektrod z ekspandowanego grafitu stosowanych w procesie elektrochemicznego utleniania fenolu składające się z cyklu 16 publikacji, patentu i 2 zgłoszeń patentowych oceniam pozytywnie, zarówno pod względem ilości jak i jakości zawartych w nich treści i zaproponowanych rozwiązań technologicznych. Prowadzenie postepowania habilitacyjnego w dziedzinie Nauki chemiczne w dyscyplinie Technologia chemiczna jest odpowiednie. Moja opinia to wynik wielu ocen cząstkowych, tych bardzo pozytywnych, mniej pozytywnych ale też w pewnych miejscach wątpliwości. Wśród nich wymieniłbym: Elementy zdecydowanie pozytywne: jednoznacznie wiodąca rola Habilitanta w prowadzonych badaniach i przygotowanych publikacjach; elementy nowości w prowadzonych badaniach naukowych i przedstawionych rozwiązaniach technologicznych; logiczna konstrukcja celów głównego osiągnięcia; swobodne posługiwanie się i dogłębna analiza wyników woltamperometrii, ale też spektrometrii w podczerwieni i spektrometrii fotoelektronów; 6