Автореферат (1145492)

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

Текст из файла

На правах рукописиЛЕВИН Олег ВладиславовичЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИМОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЛЁНКАХПРОВОДЯЩИХ И РЕДОКС-ПОЛИМЕРОВСпециальность 02.00.05 – ЭлектрохимияАвторефератдиссертации на соисканиеучёной степени доктора химических наукСанкт-Петербург, 2017Работа выполнена на кафедре электрохимии Федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Санкт-Петербургский государственный университет»Научныйконсультант:доктор химических наук, профессорМалев Валерий ВениаминовичОфициальныеоппоненты:доктор химических наук, профессор кафедры электрохимиихимического факультета Федерального государственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования «Московский государственный университетимени М.В.

Ломоносова»Цирлина Галина Александровнадоктор химических наук, ведущий научный сотрудникфедерального государственного бюджетного учреждениянауки «Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН»Некрасов Александр Александровичдоктор химических наук, заведующий лабораториейэлектрохимического синтеза, и. о. главного научногосотрудника федерального государственного бюджетногоучреждения науки «Институт органической и физическойхимии им.

А. Е. Арбузова Казанского научного центраРоссийской академии наук»Будникова Юлия ГермановнаВедущаяорганизация:Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждениевысшегообразования«Российскийгосударственный педагогический университет им. А. И.Герцена», г. Санкт-ПетербургЗащита состоится «22» июня 2017 года в 12-00 на заседании диссертационногосовета Д 212.232.40 при Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет»по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д.

41/43, большая химическаяаудитория. С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М. ГорькогоСПбГУ, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайте www.spbu.ruАвтореферат разослан«»Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат химических наук22017 г.Н.Г.СуходоловОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Интерес к проводящим и редокс-полимерамобусловлен широкими возможностями их практического применения вразличных электрохимических устройствах, например, в высокоэнергоёмкиххимических источниках тока (суперконденсаторы, аккумуляторы), сенсорныхустройствах для контроля состава различных жидких и газовых сред,оптоэлектронных, электрохромных и других устройствах.Специфика применения электроактивных полимеров как электродныхматериалов заключается в преимущественном нанесении их в виде тонкихслоёв, иммобилизованных на проводящих подложках.

В основном этообусловлено физическими свойствами таких веществ (в частности, высокойхрупкостью, плохой растворимостью и разложением при температурах нижетемпературы плавления), которые не позволяют использовать проводящиеполимеры в качестве массивных материалов. Как следствие, возникаетпотребность в изучении полимер-модифицированных электродов в целом каксистем, состоящих из инертного токопроводящего материала и плёнкиэлектроактивногополимера,находящейсявконтактесрастворомэлектролита. Электрохимические процессы, лежащие в основе всехпрактическивключаютзначимыхпереносэлектропроводящейпримененийэлектронаподложкой,модифицированныхмеждуполимернойсопровождающийсяэлектродов,фазойокислениемииливосстановлением фрагментов полимера, а также обмен противоионами сомывающим раствором электролита, необходимый для компенсацииизбыточного электрического заряда в полимерной фазе.

Кроме того, следуетучитывать возможные химические превращения в самой полимернойплёнке, перенос носителей заряда в её толще, а также возможностьпротекания гетерогенных окислительно-восстановительных реакций награнице раздела плёнка/раствор. Изучение всех этих процессов представляеткак практический, так и теоретический интерес ввиду необходимостипрогнозированияэлектрохимическихсвойств3проводящихполимерныхматериалов в зависимости от их состава или микроструктуры. При этомключевымвопросомэлектродовявляетсяописаниясвойствопределениеполимер-модифицированныхпараметровпротекающеговмодифицирующих плёнках сопряженного электронно-ионного транспортазаряда.В настоящее время опубликовано множество работ, посвященныхисследованию и моделированию электрохимических процессов, протекающихвплёнкахэлектроактивныхполимеров.Накопленаобширнаябазаэкспериментальных результатов, достаточно полно описаны процессы,происходящие в тонких адсорбционных монослоях и гипотетическихсплошных однородных плёнках конечной толщины, моделирующих реальныесистемы.

Частично описаны также процессы, происходящие на границахраздела между такими идеальными плёнками и примыкающими электрон- илиион-проводящими фазами. Несмотря на это, остаётся не выясненным рядпринципиальных проблем, относящихся к использованию полученныхмоделей для описания реальных систем. От идеальных гомогенных плёнокреальные объекты отличаются определенной микроструктурой (пористость,шероховатость), сложным строением межфазных границ, особенно междутвёрдымтелом(полимернаяплёнка)ижидкостью(омывающимэлектролитом). Часто в плёнках проводящих полимеров присутствуютнеоднородности, как молекулярные, так и фазовые (у композитныхматериалов).

Наконец, важно принимать во внимание химическую природупротекающих в полимерах окислительно-восстановительных процессов.Поскольку в результате учёта перечисленных выше особенностей реальныхсистем их описание усложняется, то, несмотря на значительное количествопредставленных в литературе экспериментальных данных, необходиморасширить круг опытных подходов, с использованием дополнительныхспектральныхифизико-химическихметодов,атакжеиспользоватьдополнительные нестандартные методики электрохимического тестирования,например, работу с особыми электролитами, содержащими пробные частицы,4которые обеспечивают перенос электрона с поверхности плёнки и/илиподложки в раствор посредством химических реакций.Цели и задачи работыАктуальность развития описаний транспорта заряда в системах,максимально приближенных к реальным объектам, позволяет сформулироватьследующую цель работы: разработка и экспериментальная проверка новыхмодельных представлений, включающих описание процессов транспортазаряда в сплошных, пористых и неоднородных плёнках проводящихполимеров.

На пути к этой цели необходимы получение систематическогомассива экспериментальных данных для разных типов проводящих и редоксполимеров и установление соответствия между полученными модельнымисоотношениями и экспериментальными результатами. Решались следующиезадачи.1. Выявить влияние процессов, происходящих на границах раздела фаз, наэлектрохимическиесвойстваполимер-модифицированныхэлектродовпосредством развития модельных представлений о заряжении двойныхслоёв в плёнках электроактивных полимеров.2. Разработать подход к характеристике этих процессов, основанный наисследовании превращений присутствующих в растворе редокс-активныхкомпонентов на межфазных границах.3.

Распространить модели переноса заряда и методы их апробации накомпозитные металл-полимерные системы.4. Разработать модель, учитывающую влияние химической природы имолекулярной неоднородности полимерных материалов, на подвижностьносителей тока в рассматриваемых структурах, выявить основныефакторы, определяющих их вольтамперные и частотные характеристики5.Провестиэкспериментальнуюпроверкупредложенноймоделисиспользованием систем, характеризующихся возникновением молекулярнойнеоднородности в ходе протекающих в них электрохимических процессов.5Научная новизна выполненного исследования состоит в разработкетеоретических положений, совокупность которых даёт системное решениепроблемыописанияэлектрохимическихсвойствэлектродов,модифицированных реальными плёнками проводящих и редокс-полимеров.Особенностьюработыявляетсяважнейшиеособенностикомплексныйстроенияподход,учитывающийобъектов,используемыхэкспериментальных методов исследования и специфику практическогоприменения таких систем.

В рамках предложенной методологии обоснованавозможность учёта фазовой неоднородности, микроструктуры, а такжеособенностей химического состава электроактивных полимерных материалов;проанализированысоответствияинесоответствиямеждумодельнымипредставлениями и экспериментальными результатами, как полученными врамках данного исследования, так и опубликованными в литературныхисточниках. К числу основных результатов, определяющих научную новизну ипредставляющих предмет защиты, относятся следующие.1. Выделены специфические особенности процессов, протекающих награницахразделафазэлектрод/плёнкаиплёнка/раствор.Проанализированы и дополнены базовые соотношения, описывающиевлияние "двойнослойных" эффектов на инжекцию носителей заряда вплёнки проводящих полимеров.

Это создаёт основу для использованиятаких экспериментальных методов, как спектроскопия электрохимическогоимпедансаивольтамперометрия,длявыявленияконкретнойлимитирующей стадии инжекции носителей заряда через границу раздела,определения параметров процесса переноса заряда через эту границу, атакже позволяет перейти от модели однородной полимерной плёнки кмоделированию пористых и неоднородных систем.2. В модель электрохимических превращений на полимер-модифицированныхэлектродахРазработанывведеныпараметры,модельныеописывающиепредставления,пористостьописывающиеплёнок.реакциипробных частиц на таких электродах.

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