Автореферат (1150098)
Текст из файла
На правах рукописиСМИРНОВА ЕВГЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНАФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВС ОСНОВАНИЯМИ ШИФФАСпециальность 02.00.05 – электрохимияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург20162РаботавыполненавФедеральномгосударственномбюджетномобразовательном учреждении высшего образования (ФГБОУ ВО) «Российскийгосударственный педагогический университет им. А.И. Герцена» (РГПУ им.А.И.
Герцена).Научный руководитель:Тимонов Александр Михайлович,доктор химических наук, профессорОфициальные оппоненты: Нараев Вячеслав Николаевич,доктор химических наук, профессор,проректор ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственныйтехнологический институт (техническийуниверситет)» по развитию икорпоративным связямЕлисеева Светлана Николаевна,кандидат химических наук, старшийпреподаватель кафедры электрохимииФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный университет»Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки «Физико-техническийинститут им.
академика А.Ф. Иоффе РАН»Защита диссертации состоится «22» сентября 2016 г. в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д-212.232.40 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 41/43, Большаяхимическая аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М. ГорькогоСПбГУ по адресу: Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайтеwww.spbu.ruАвтореферат разослан «___» ________ 2016 г.Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат химических наук, доцентН.Г.
Суходолов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыПод термином «функциональные материалы» понимают широкий классматериалов, обладающих определенным уровнем физико-химических имеханических свойств, которые в совокупности обеспечивают использованиеэтих материалов в качестве рабочего элемента или детали в определенномустройстве, приборе или конструкции (Тверской В.А. Химия и технологияфункциональных полимеров: курс лекций. – М.: МИТХТ имени М.В.Ломоносова, 2013. 186 с.).
Уникальное сочетание свойств полимерныхкомплексов переходных металлов с основаниями Шиффа (электрохимическойактивности в широком диапазоне потенциалов, фотохимической активности,каталитической активности по отношению к ряду редокс-процессов, высокойхимической и термической устойчивости), позволяет рассматривать их вкачестве значимых функциональных материалов с широким спектромпрактического применения, а также перспективной основы для созданиякомпозитных функциональных материалов с заранее заданными свойствами.Данная работа посвящена направленному синтезу новых функциональныхполимерных материалов поли-[M(Schiff)] (M–переходный металл, Schiff–четырехдентатное (N2O2) основание Шиффа) и композитных функциональныхматериалов на их основе, исследованию способов управления их практическизначимыми свойствами, а также демонстрации возможностей использованияданных материалов в фотоэлектрохимических преобразователях солнечнойэнергии, электрокаталитических и энергозапасающих устройствах.
Создание иприменение новых функциональных наноматериалов входит в списоккритических технологий РФ, что дает достаточные основания считать темуработы актуальной.Степень разработанности темы исследованияК настоящему времени синтезировано большое количество полимерныхкомплексов переходных металлов с основаниями Шиффа, достаточно подробноизучена их структура и особенности функционирования в различныхпроцессах, однако имеющихся сведений недостаточно для управленияпрактически значимыми свойствами таких полимеров, необходимого длянаправленного синтеза функциональных полимерных материалов поли[M(Schiff)].
Кроме того, несмотря на активно развивающееся в последнее времянаправление модификации проводящих полимеров наноструктурами металлов,попыток создания подобных композитов на основе полимерныхметаллокомплексов с основаниями Шиффа ранее не предпринималось, хотяработы в этом направлении позволили бы не только расширить представления опрактически значимых свойствах полимеров поли-[M(Schiff)], но исинтезировать новые функциональные материалы для практическихприменений.4Цели и задачиЦель работы заключалась в синтезе новых функциональных полимерныхматериалов на основе комплексов переходных металлов с основаниями Шиффаи композитных функциональных материалов на их основе, исследованииспособов управления практически значимыми свойствами таких материалов идемонстрации принципиальной возможности их применения в гибридныхсуперконденсаторах, фотоэлектрохимических элементах, литий-воздушныхбатареях и электрокаталитических устройствах.Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачиработы:1.
Синтезировать функциональные полимерные материалы на основекомплексов никеля и кобальта с основаниями Шиффа, обладающиеспособностью к обратимому мультиэлектронному окислению-восстановлениюв области положительных потенциалов и характеризующиеся повышеннойредокс-ёмкостью. Показать возможность направленного варьирования числаэлектронов, участвующих в редокс-процессах, за счет изменения составафрагментов полимера. На основе полученных данных предложитьперспективные функциональные полимерные материалы поли-[M(Schiff)] дляприменения в гибридных суперконденсаторах.2. Синтезировать фоточувствительные функциональные полимерныематериалыполи-[M(Schiff)].Обеспечитьвозможностьуправленияфоточувствительностьюпутемустановлениявероятногомеханизмафотовольтаического эффекта, наблюдающегося в полимерах на основекомплексов переходных металлов с основаниями Шиффа.
Показатьпринципиальную возможность использования материалов поли-[M(Schiff)] вфотоэлектрохимических преобразователях солнечной энергии.3. Разработать методики синтеза новых композитных функциональныхматериалов, представляющих собой полимерную матрицу поли-[M(Schiff)] сравномерно распределенными в ней металлическими наноэлектродами.Предложить способы управления структурой композитного функциональногоматериала путем исследования зависимости количества осажденного металлана единицу геометрической поверхности полимерной пленки, закономерностиего распределения в полимерной матрице, размеров наноэлектродов отприроды осаждаемого металла и полимера поли-[M(Schiff)].
Исследоватьвлияние состава композитных функциональных материалов на их практическизначимые свойства. Показать принципиальную возможность использованиякомпозитных материалов поли-[M(Schiff)]/Pt и поли-[M(Schiff)]/Au вэнергозапасающих и электрокаталитических устройствах.Научная новизна- Впервыепоказанавозможностьорганизацииобратимыхмультиэлектронных (в расчете на фрагмент полимера) окислительно-5восстановительных процессов в области положительных потенциалов вполимерных комплексах никеля и кобальта с основаниями Шиффа.- Установлен механизм процессов, ответственных за возникновениефотовольтаического эффекта в полимерных комплексах переходных металлов соснованиями Шиффа.- Впервые синтезированы и исследованы композитные функциональныематериалы на основе полимерных комплексов поли-[M(Schiff)] сраспределенными внутри полимера металлическими наноэлектродами.Теоретическая и практическая значимостьРезультаты проведенных исследований расширяют теоретическиепредставления о взаимосвязи между составом исходных мономерныхкомплексов [M(Schiff)] и свойствами синтезированных на их основефункциональных материалов.
Предложена стратегия организации обратимыхмультиэлектронных редокс-процессов в полимерных материалах поли[M(Schiff)], установлен механизм фотовольтаического эффекта, возникающегов них при облучении источником возбуждающего света, а также разработаныметодики направленного синтеза композитных материалов, представляющихсобойполимернуюматрицуполи-[M(Schiff)],модифицированнуюметаллическими наноэлектродами.На основе полученных данных синтезированы новые функциональныематериалы на основе полимерных комплексов переходных металлов соснованиями Шиффа и показана принципиальная возможность их применениявгибридныхсуперконденсаторах,литий-воздушныхбатареях,фотоэлектрохимических элементах и электрокаталитических устройствах.Методология и методы исследованияВ работе использован комплекс взаимодополняющих физико-химическихи электрохимических методов исследования, позволяющий получитьразностороннюю информацию о закономерностях формирования, особенностяхструктуры и практически значимых свойствах функциональных материалов наоснове полимерных комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа.С использованием комбинации методов циклической хроновольтамперометриии in situ электрохимической кварцевой микрогравиметрии были исследованыпроцессы обратимого окисления и восстановления полимеров поли-[M(Schiff)],а также закономерности формирования композитных материалов на их основе.Метод циклической хроновольтамперометрии также использовался дляисследования емкостных характеристик функциональных материалов иэлектрокаталитической активности композитов в реакциях восстановлениямолекулярного кислорода и выделения водорода (дополнительная информацияоб особенностях протекания последний реакции была получена с помощьюметода спектроскопии фарадеевского импеданса).
Методом сканирующейэлектронной микроскопии с рентгеновским микроанализом были исследованысостав и морфология поверхности композитных материалов. С использованиемкомбинации in situ фотоэлектрохимических исследований, методов электронной6спектроскопии поглощения и люминесцентных исследований были изученыфотогальванический и фотовольтаический эффекты в системах на основекомплексов переходных металлов с основаниями Шиффа (интенсивностьизлучения светодиода измерялась методом ферриоксалатной актинометрии).Положения, выносимые на защиту1.
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}
