Диссертация (1105684)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Государственный Универистет имени М.В.ЛомоносоваХимический факультетНа правах рукописиКАТАЕВ ЭЛЬМАР ЮРЬЕВИЧРЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГРАФЕНА И ГРАФЕНОПОДОБНЫХМАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССАХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГОВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДАСпециальность 02.00.21 – химия твердого телаСпециальность 02.00.05 – электрохимияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучные руководители:д.х.н., в.н.с.

Яшина Л.В.к.х.н., н.с. Иткис Д.М.Москва – 2016ОглавлениеCписок сокращений и терминов .............................................................................................. 5Введение........................................................................................................................................ 6Глава 1.Обзор литературы .............................................................................................. 14Литий-кислородные аккумуляторы с водными и апротонными электролитами... 14Основные фундаментальные проблемы в разработке литий-кислородныхаккумуляторов ..................................................................................................................................

17Реакция восстановления кислорода в апротонных средах ....................................... 19Электрохимическое восстановление кислорода в различных фоновыхэлектролитах ................................................................................................................................. 19Восстановление кислорода в апротонных средах в присутствии ионовщелочных металлов ..................................................................................................................... 21Побочные химические реакции продуктов восстановления кислорода срастворителями.............................................................................................................................

24Материалы катодов и их реакционная способность по отношению к продуктамвосстановления кислорода .......................................................................................................... 25Структура и свойства пероксида лития ..................................................................... 35In situ и operando методы исследования процессов, протекающих привосстановлении кислорода в электрохимических системах ........................................................

37Дифференциальная электрохимическая масс-спектрометрия ............................. 37Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния ................................... 38Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия при давлении, близком катмосферному ............................................................................................................................... 39Метод электрохимического кварцевого микровзешивания ................................. 40Рентгеновская дифракция ........................................................................................

41Растровая и просвечивающая электронная микроскопия ..................................... 42Графен – синтез, структура, легирование .................................................................. 44Структура и синтез графена..................................................................................... 44Собственные и примесные дефекты в графене...................................................... 46Точечные дефекты .............................................................................................................. 46Графен, окисленный атомарным кислородом .......................................................

60Графен, легированный азотом и бором .................................................................. 63Заключение ................................................................................................................... 652Глава 2.Синтез и характеристика углеродных материалов. Методикиисследований69Синтез углеродных материалов .................................................................................. 69Углеродные наностенки ...........................................................................................

69Углеродные наноленты ............................................................................................ 69Однослойный графен................................................................................................ 70Перенос графена ....................................................................................................... 73Сборка электрохимических ячеек для operando исследований ............................... 74Синтез оксидов, пероксидов и надпероксидов лития и калия на поверхностиуглеродных материалов ...................................................................................................................

75Синтез оксида и пероксида лития ........................................................................... 76Синтез надпероксида лития ..................................................................................... 76Синтез надпероксида калия ..................................................................................... 76Методики исследований .............................................................................................. 77Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ................................................... 77Ближняя тонкая структура рентгеновских спектров поглощения ....................... 85Дифракция медленных электронов .........................................................................

89Растровая электронная микроскопия ...................................................................... 89Сканирующая туннельная микроскопия ................................................................ 89Спектроскопия комбинационного рассеяния ........................................................ 90Квантово-химическое моделирование ....................................................................

90Глава 3.Исследование химических реакций углеродных материалов с оксидами,пероксидами и надпероксидами щелочных металлов................................................................ 91Реакционная способность углеродных материалов по отношению к оксиду ипероксиду лития ............................................................................................................................... 91Реакционная способность графена по отношению к надпероксидам лития и калия.103Влияние дефектов, примесных атомов и функциональных групп на деградациюуглеродных материалов ................................................................................................................. 114Роль структурного совершенства графена и точечных дефектов ...................... 114Влияние кислород-содержащих функциональных групп ................................... 126Роль примесных атомов в решетке графена.........................................................

129Механизм химической деградации графена ............................................................ 1363Глава 4.Operando исследования восстановления кислорода и деградацииуглеродных электродов в модельных электрохимических системах .................................... 146Электрохимическая ячейка для операндо исследований методом РФЭС ............ 146Состав продуктов и интермедиатов электрохимических и побочных химическихреакций, динамика разрастания продукта ...................................................................................

152Влияние кислород-содержащих функциональных групп на скорость деградацииграфена157Выводы ..................................................................................................................................... 161Приложение A. Влияние рентгеновского излучения на структуру и составхимических соединений .................................................................................................................. 162Благодарности ......................................................................................................................... 167Литература ...............................................................................................................................

1684Cписок сокращений и терминовАСМ – атомно-силовая микроскопияБТСРСП (NEXAFS) – ближняя тонкая структура рентгеновских спектров поглощения (nearedge X-ray adsorption fine structure)ДМЭ (LEED) – дифракция медленных электронов (low electron energy diffraction)КР – комбинационное рассеянияЛВА – литий-воздушный аккумуляторПЭМ – просвечивающая электронная микроскопияРВК (ORR) – реакция восстановления кислорода (oxygen reduction reaction)РФЭС – рентгеновская фотоэлектронная спектроскопияРФЭС ДБА - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия при давлении, близком катмосферномуРЭМ – растровая электронная микроскопияСВВ – сверхвысокий вакуумСИ – синхротронное излучениеСТМ – сканирующая туннельная микроскопияФЭСУР (ARPES) – фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (angle resolvedphotoelectron spectroscopy)ХГО (CVD) – химическое осаждение из газовой фазы (chemical vapor deposition)ХИТ – химический источник токаМL – монослойDFT – теория функционала плотности (density functional theory)EF – уровень Ферми, энергия ФермиED – точка Дирака в электронной структуре графена5ВведениеВ настоящий момент мировое годовое производство электрической энергии находится наколоссальном уровне и превышает по некоторым оценкам 20 ТВт·ч [1].

Около 70%электрической энергии производится в результате сжигания ископаемого топлива: угля,природного газа, нефти; и только 3% от общего количества приходится на возобновляемыеисточники энергии [2]. Ограниченный запас ископаемых источников энергии, а такжеповсеместное ухудшение экологической обстановки [3], приводит к необходимости увеличениядоли «зелёной» энергии и к неизбежному переходу на электрические приводы для транспортныхсредств.Широкое использование возобновляемых источников энергии и электрических транспортныхсредств ограничивает отсутствие высокоёмких и энергоэффективных накопителей энергии.Большой интерес вызывают перезаряжаемые химические источники тока (ХИТ) [4]. В области«зелёной» энергетики ХИТ необходимы для выравнивания нагрузки в электрических сетях,регулирования частоты и обеспечения потребителей возобновляемой энергией в моментыпровалов генерации энергии, возникающей при использовании ветряных, солнечных иливолновых электростанций.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации