Диссертация (1150033)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЛобинскийАртем АнатольевичСИНТЕЗ МЕТОДОМ ИОННОГО НАСЛАИВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕНАНОРАЗМЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВ МЕТАЛЛ-КИСЛОРОДНЫХСОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ МАРГАНЕЦ, КОБАЛЬТ ИЛИ НИКЕЛЬспециальность 02.00.21 — химия твердого телаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорТолстой Валерий ПавловичСанкт-Петербург20162СодержаниеВведение…………………….….................................................................................5I.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.................................................................................7I.1.1. Кристаллы неорганических соединений с морфологией нанолистов….......7I.1.2.Методысинтезакристалловметалл-кислородныхсоединенийсморфологией нанолистов ……….............................................................................15I.1.3. Области практического применения кристаллов металл-кислородныхсоединений с морфологией нанолистов …………………….................................19I.1.4.Методыпослойногосинтезаметалл-кислородныхсоединенийсиспользованием растворов реагентов......................................................................24II.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.................................................................36II.1.
Методическая часть.......................................................................................36II.1.1. Методики стандартизации поверхности подложек….................................36II.1.2. Методики приготовления растворов реагентов...........................................36II.1.3.
Методики синтеза нанослоев.........................................................................37II.1.4. Исследование синтезированных нанослоев физическими методами........38II.1.5.Исследованиесинтезированныхнанослоевэлектрохимическимиметодами.....................................................................................................................39II.1.5.1 Метод циклической вольтамперометрии...................................................40II.1.5.2. Метод гальваностатических измерений....................................................41II.2.
Экспериментальные результаты и их обсуждение..................................44II.2.1. Синтез методом ИН нанослоев металл-кислородных соединениймарганца, кобальта или никеля……………………................................................45II.2.1.1. Синтез методом ИН никель-кислородных нанослоев с использованиемв качестве реагентов растворов NiSO4 и K2S2O8…………………….....................45II.2.1.2. Синтез методом ИН кобальт-кислородных нанослоев с использованиемв качестве реагентов растворов Co(OAc)2 и K2S2O8...............................................503II.2.1.3.СинтезметодомИНмарганец-кислородныхнанослоевсиспользованием растворов MnSO4 и K2S2O8………………………......................54II.2.1.4.
Синтез методом ИН никель-кислородных нанослоев с использованиемрастворов Ni(OAc)2 и NaClO……………………….................................................58II.2.1.5. Синтез методом ИН кобальт-кислородных нанослоев с использованиемрастворов Co(OAc)2 и NaClO.………………………...............................................63II.2.1.6.СинтезметодомИНмарганец-кислородныхнанослоевсиспользованием растворов Mn(OAc)2 и NaClO......................................................67II.2.1.7. Обсуждение результатов, полученных в п. II.2.1...................................70II.2.2.
Синтез методом ИН нанослоев слоистых двойных гидроксидов никеляили кобальта и алюминия…………………………………....................................73II.2.2.1. Синтез методом ИН нанослоев слоистого двойного гидроксида никеляи алюминия с использованием в качестве реагентов растворов Ni(NO3)2 иAl(NO3)3......................................................................................................................74II.2.2.2.
Синтез методом ИН нанослоев слоистого двойного гидроксидакобальта и алюминия с использованием в качестве реагентов растворовCo(NO3)2 и Al(NO3)3..................................................................................................77II.2.3. Синтез методом ИН нанослоев металл-кислородных соединениймарганца, кобальта или никеля и цинка..................................................................80II.2.3.1. Синтез двойного гидроксида цинка и никеля с использованием вкачестве реагентов раствора Ni(OAc)2 и раствора смеси K2S2O8 и ZnSO4……………….............................................................................................................81II.2.3.2.
Синтез слоистого двойного гидроксида цинка и кобальта сиспользованием в качестве реагентов раствора Co(OAc)2 и раствора смесиK2S2O8 и ZnSO4………..............................................................................................87II.2.3.3. Синтез слоистого двойного гидроксида цинка и кобальта сиспользованием в качестве реагентов раствора Co(OAc)2 и раствора смесиNaClO и ZnCl2.……………………...........................................................................924II.2.3.4. Синтез методом ИН нанослоев оксидов марганца MxMnOy (M – Na, Zn)с использованием в качестве реагентов раствора Mn(OAc)2 и раствора смесиNaClO и ZnCl2............................................................................................................97II.2.4.
Обсуждение результатов, полученных в пп. II.2.2. – II.2.3......................102II.3. Примеры применения синтезированных методом ИН слоев в составеэлектродов суперконденсаторов с эффектом псевдоемкости......................105II.3.1. Примеры применения синтезированных нанослоев оксигидроксидовникеля, кобальта и марганца в составе электродов суперконденсаторов наоснове пеноникеля...................................................................................................106II.3.2.
Примеры применения синтезированных методом ИН нанослоев слоистыхдвойныхгидроксидовNi2Al(OH)7-x(NO3)x∙nH2O,Сo2Al(OH)7-x(NO3)x∙nH2O,ZnNi(OH)4-2x-2y-z(SO4)x(CO3)y(OAc)z∙nH2O и ZnCo(OH)4(SO4)x(CO3)y(OAc)z∙nH2Oв составе электродов суперконденсаторов на основе пеноникеля....................111III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ..............................................116Список литературы……………….......................................................................1185ВведениеСозданиенаучныхосновпослойногосинтезаметалл-кислородныхсоединений в условиях “мягкой химии” является, как известно, важной задачейпрепаративной химии твердого тела, поскольку подобный синтез открываетновые возможности, например, нанесения на поверхность изделий сложнойформы практически при комнатной температуре слоев с прецизионноконтролируемыми параметрами.
Среди металл-кислородных соединений важноеместо занимают оксиды, гидроксиды и оксигидроксиды марганца, кобальта иникеля, которые находят важное практическое применение в составе различныхфункциональных материалов, в том числе в качестве компонентов электродовэлектрохимическихисточниковтокаиэлектрохимическихсенсоров,электрохромных покрытий, сорбентов, ионообменных материалов, катализаторовокисления органических соединений и т.д. Многие из свойств таких материаловзадаются не только их составом, но и размерами и формой образующих ихкристаллов, в том числе наноразмерных с морфологией так называемыхнанолистов (nanosheets) и наностержней (nanorods).Ранее в работах, выполненных на кафедре химии твердого тела Институтахимии СПбГУ 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). Так, было предложено проводить синтез путемпоследовательногоимногократногоповторенияреакцийадсорбциинаповерхности подложек катионов отмеченных металлов в степени окисления 2+ иреакций их окисления в результате которых на поверхности образуются слоисоответствующих труднорастворимых оксидов или гидроксидов, включающихкатионы, например,для никеля в степени окисления 3+, а марганца – 4+.Однако, систематического исследования подобных реакций проведено не было и,соответственно, не были в достаточной степени охарактеризованы соединения,которые образуются в результате данных реакций и определен круг получаемых6подобным методом объектов.
В этой связи, представляет интерес дальнейшееизучение условий синтеза металл-кислородных соединений марганца, кобальта иникеля методом ИН и создание новых маршрутов их синтеза.В качестве подложек при синтезе были выбраны пластины полированногомонокристаллического кремния, который имеет сравнительно хорошо изученнуюповерхность и поэтому является удобным объектомпри исследованиисинтезированных слоев различными физико-химическими методами, а такжеобразцы пеноникеля, который, как правило, применяется в качестве электродовпри изучении электрохимических свойств широкого круга соединений.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 новогопоколения многофункциональных и интеллектуальных наноматериалов” и РФФИ№ 15-03-08253-а “Создание научных основ послойного синтеза композиционныхсоединений из наночастиц благородных металлов, оксидов металлов иокисленного или восстановленного графена”.Целью настоящей работы являлось обоснование условий синтеза методомИНслоев металл-кислородных соединений марганца, кобальта или никеля,состоящих из наноразмерных кристаллов преимущественно с морфологиейнанолистов, а такжевысокоэффективныхизучение возможности их применения в составеэлектродовэффектом псевдоемкости.электрохимическихсуперконденсаторовс7I.
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}
