Автореферат (1150032)
Текст из файла
На правах рукописиЛобинский Артем АнатольевичСИНТЕЗ МЕТОДОМ ИОННОГО НАСЛАИВАНИЯ ИИССЛЕДОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВМЕТАЛЛ-КИСЛОРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХМАРГАНЕЦ, КОБАЛЬТ ИЛИ НИКЕЛЬ02.00.21 - Химия твердого телаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург 2016РаботавыполненавФедеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования «СанктПетербургский государственный университет»Научныйруководитель:доктор химических наук, профессорТолстой Валерий Павлович, старший научный сотрудниккафедры химии твердого тела ФГБОУ ВПО«Санкт-Петербургский государственный университет»Официальныеоппоненты:доктор химических наук, профессорПак Вячеслав Николаевич, ведущий научный сотрудникНИИ Физики ФГБОУ ВПО «Российскийгосударственный педагогический университетим.
А.И. Герцена»кандидат химических наук,Виноградов Владимир Валентинович, заведующийлабораторией ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийнациональный исследовательский университетинформационных технологий, механики и оптики»Ведущаяорганизация:ФГБУН Ордена Трудового Красного ЗнамениИнститут химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАНЗащита состоится 22 декабря 2016 года в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.41 по защите диссертаций на соискание ученойстепени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук при СанктПетербургском государственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург,Средний проспект, д.41/43, Большая химическая аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М.Горького, Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д.
7/9.Автореферат разослан «_____»_________________2016 г.Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат химических наук, доцент2С.М. ШугуровОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Создание научных основ послойного синтеза металлкислородных соединений в условиях “мягкой химии” является, как известно,важной задачей препаративной химии твердого тела, поскольку подобный синтезоткрывает новые возможности, например нанесения практически при комнатнойтемпературе на поверхность изделий сложной формы слоев с прецизионноконтролируемыми параметрами.
Среди металл-кислородных соединений важноеместо занимают оксиды, оксигидроксиды и гидроксиды марганца, кобальта иникеля, которые находят практическое применение в качестве компонентовэлектродов электрохимических источников тока и электрохимических сенсоров,электрохромных покрытий, сорбентов, ионообменных материалов, катализаторовокисления органических соединений и т.д. Многие из свойств данных материаловзадаются не только их составом, но и размерами и формой образующих ихнанокристаллов, включая такие, которые обладают графеноподобной морфологиейтак называемых нанолистов (nanosheets).Ранее для послойного синтеза ряда из отмеченных соединений былопредложено использовать метод ионного наслаивания (ИН) или по англо-язычнойтерминологии Successive Ionic Layer Deposition (SILD) или Successive Ionic LayerAdsorption and Reaction (SILAR) и проводить его путем последовательного имногократного повторения реакций адсорбции на поверхности подложек, катионовотмеченных металлов в степени окисления 2+ и реакций их окисления, в результатекоторых на поверхности образуются слои соответствующих труднорастворимыхметалл-кислородных соединений, содержащие катионы никеля и кобальта в степениокисления 3+, а марганца – 4+.
Однако, систематического исследования подобныхреакций проведено не было и, соответственно, не были в достаточной степениохарактеризованы соединения, которые образуются в результате данных реакций, иопределен круг получаемых подобным методом материалов. В этой связи,представляет интерес дальнейшее обоснование условий синтеза методом ИНметалл-кислородных соединений, содержащих марганец, кобальт или никель исоздание новых маршрутов их получения, в том числе слоев, состоящих изнанокристаллов с морфологией нанолистов.Данная работа выполнена в соответствии с планами грантов СПбГУ №12.38.259.2014 “Мультислои неорганических соединений, получаемые в условияхпрограммируемого послойного синтеза, как основа для создания нового поколениямногофункциональных и интеллектуальных наноматериалов” и РФФИ № 15-0308253-а “Создание научных основ послойного синтеза композиционных соединенийиз наночастиц благородных металлов, оксидов металлов и окисленного иливосстановленного графена”.Целью настоящей работы являлось обоснование условий синтеза методом ИНслоев металл-кислородных соединений марганца, кобальта или никеля, состоящихиз наноразмерных кристаллов преимущественно с морфологией нанолистов, атакже изучение возможности их применения в составе высокоэффективныхэлектродов электрохимических суперконденсаторов с эффектом псевдоемкости.3Научная новизна1.
Впервые найдены условия и выполнены синтезы методом ИН слоев, состоящихиз наноразмерных кристаллов γ-NiOOH, β-CoOOH или γ-MnOOH c морфологиейсоответственно нанолистов, нанопластин и наностержней.2. Предложен и экспериментально обоснован способ синтеза методом ИН слоистыхдвойных гидроксидов (СДГ), основанный на использовании в качестве реагентоврастворов солей никеля (II) или кобальта (II) и алюминат-анионов и выполненысинтезы слоев Ni2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O и Сo2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O.3.
Предложен и экспериментально обоснован способ синтеза методом ИНнанослоев гидроксидов металлов, основанный на использовании в качествереагентов растворов солей никеля (II) или кобальта (II) и раствора смеси цинкатакалия или натрия и, соответственно, K2S2O8 или NaClO и выполнены синтезынанослоев двойного гидроксида (ДГ) ZnNi(OH)4-2x-2y-z(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O иСДГ ZnCo(OH)4(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O и ZnCo(OH)4(CO3)xCly·nH2O.4.
На основе анализа экспериментальных данных по морфологии нанослоев,полученных в результате 5 – 50 циклов ИН, построены модели последовательныххимических взаимодействий, которые объясняют образование на поверхностиподложки совокупности 3D ориентированных кристаллов с морфологиейнанолистов.5. Впервые изучены электрохимические свойства синтезированных методом ИНслоев оксигидроксидов никеля (γ-NiOOH и Ni3O2(OH)4), β-CoOOH, γ-MnOOH,ZnNi(OH)4-2x-2yNi2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O,Сo2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O,z(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O и ZnCo(OH)4(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O и показано, что наихосновемогутбытьполученывысокоэффективныеэлектродысуперконденсаторов с эффектом псевдоемкости.Практическая значимостьВ результате выполнения настоящей работы показана эффективностьприменения синтезированных методом ИН слоев γ-NiOOH, β-CoOOH, γ-MnOOH,Ni2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O,Сo2Al(OH)7-x(NO3)x·nH2O,ZnNi(OH)4-2x-2yи ZnCo(OH)4(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O в качествеz(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2Oэлектродов суперконденсаторов с эффектом псевдоемкости, которые имеют нетолько высокую емкость, но и стабильность электрохимических характеристик примногократном повторении циклов заряда и разряда.
Не вызывает сомнения, чтополученные в работе результаты могут быть использованы также при синтезе новыхкатализаторов, ионообменных материалов, сорбентов, электрохимических сенсорови т.д.Апробация работы и публикацииПо теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, среди них 4статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 5 тезисов докладов на следующихконференциях: 9-ой российской конференции «Физико-химические проблемывозобновляемой энергетики» (Санкт-Петербург, 2013), 16-ой молодежнойвсероссийской конференции по физике полупроводников и наноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2014), 8-ой4международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации.Кристаллизация как форма самоорганизации вещества» (Иваново, 2014), 10-ойроссийской конференции «Физико-химические проблемы возобновляемойэнергетики» (Санкт-Петербург, 2015), Научной конференции «Неорганическаяхимия – фундаментальная основа материаловедения керамических, стеклообразныхи композиционных материалов» (Санкт-Петербург, 2016).Основные положения, выносимые на защиту1.
Использование при синтезе методом ИН в качестве реагентов растворов солейMn(II), Co(II) и Ni(II) и слабощелочного раствора K2S2O8 дает возможностьсинтезировать нанослои, состоящие соответственно из нанокристаллов γ-MnOOH,β-CoOOH и оксигидроксидов никеля (γ-NiOOH и Ni3O2(OH)4). Если вместо раствораK2S2O8 при синтезе используют раствор NaClO, то образуются соответственнонанослои NaxMnO2·nH2O, β-CoOOH и γ-NiOOH.2. При синтезе методом ИН никель-содержащих нанослоев введение в растворK2S2O8 соли K2[Zn(OH)4] дает возможность синтезировать на поверхностиподложки ДГ ZnNi(OH)4-2x-2y-z(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O, а при синтезе кобальтсодержащих – СДГ ZnCo(OH)4(SO4)x(CO3)y(OAc)z·nH2O с гексагональнымикристаллическими структурами.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
