Автореферат (1150281)

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

Текст из файла

На правах рукописиНИЖЕГОРОДОВААлександра ОлеговнаНАНОКОМПОЗИТНЫЕ МЕТАЛЛ-ПОЛИМЕРНЫЕМАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХМЕТАЛЛОВ И ПОЛИ-3,4-ЭТИЛЕНДИОКСИТИОФЕНА:СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАспециальность 02.00.05 − электрохимияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург20162Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномучреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургскийгосударственный университет».Научный руководитель:доктор химических наук, профессорКондратьев Вениамин ВладимировичОфициальные оппоненты:доктор химических наук, ведущий научныйсотрудникФедеральногогосударственногобюджетного учреждениянауки«Институтфизической химии и электрохимии им.

А.Н.Фрумкина Российской академии наук»Некрасов Александр Александровичкандидат технических наук, доцентФедеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразования"СанктПетербургский государственный технологическийинститут (технический университет)"Агафонов Дмитрий ВалентиновичВедущаяорганизация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессионального образования «Российскийгосударственный педагогический университет им.А. И.

Герцена»Защита состоится «16» июня 2016 г. в_____ часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.40 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу: 199004 С.-Петербург, Средний проспект, д.41/43, БХА.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке имени А.М.ГорькогоСанкт-Петербургскогогосударственногоуниверситета,Университетская наб., 7/9 и на сайте http://www.spbu.ru.Автореферат разослан «____»__________2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета, к.х.н., доцентН.

Г. Суходолов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыИсследования гибридных материалов на основе оксидов переходныхметаллов, диспергированных в проводящих полимерных матрицах, получили впоследние годы широкое развитие. Это связано с возможностью ихпотенциального применения в качестве энергозапасающих материалов всуперконденсаторах и аккумуляторах, в катализе электрохимических реакцийв топливных элементах, в электрохромных покрытиях.Оксиды переходных металлов известны как электродные материалы свысокой удельной емкостью, однако, низкие скорости перезарядки ионовметаллов в компактных структурах оксидов ограничивают возможностиувеличения мощности источников питания на их основе.

Решение проблемысостоит в диспергировании оксидов металлов в проводящих матрицах, вчастности,углеродныхилипроводящихполимерныхматрицах.Привлекательной особенностью композитных материалов на основепроводящих полимеров, содержащих оксиды металлов, является то, чтоматериал полимерной матрицы сам дает вклад в электрохимическую емкость иявляется эластичным, так что изменения объема материала, происходящие приперезарядке дисперсных осадков оксидов металла, не приводят к нарушениямэлектрических контактов между составляющими композита.

Это важно дляразработки источников энергии с малым удельным весом и возможностьюиспользования в гибких устройствах.Таким образом, исследование процессов осаждения и реакционнойспособности дисперсных оксидов металлов, внедренных в проводящуюполимерную матрицу, относится к числу важных задач в области созданияновыхэлектродныхматериалов,обладающихэнергозапасающими,электрокаталитическими и сорбционными свойствами. Устойчивость такихоксидов металлов в матрице полимера будет зависеть от природыиспользуемой матрицы, от способа введения оксида металла, его дисперсностии других факторов. Это обуславливает необходимость изученияфундаментальныхзакономерностейпроцессовхимическогоиэлектрохимического осаждения оксидов металлов в матрицы проводящихполимеров, исследования устойчивости и физико-химических свойствполучаемых новых материалов, разработки способов включения оксидовметаллов в проводящие полимеры, приводящие к адекватной организацииструктуры материала и улучшению его функциональных свойств.

Эти вопросыне достаточно изучены, что определяет важность и актуальность указанныхисследований.Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 13-03-00984 по теме«Синтез, структура и электрохимические свойства гибридных металлполимерных материалов, перспективных для топливных элементов исуперконденсаторов».4Цели и задачиЦель работы заключалась в разработке новых составов композитныхматериалов на основе проводящего полимера поли-3,4- этилендиокситиофена(PEDOT) с включениями дисперсных оксидов марганца и никеля сулучшенными емкостными характеристиками и высокими скоростями зарядразрядаи новых способов получения этих композитов, а также впоследующей оценке их электрохимических свойств и возможностейприменения получаемых материалов в суперконденсаторах.Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи: Изучить условия химического и электрохимического осажденияоксида марганца в пленки полимера, определить оптимальное соотношениевремен осаждения (толщины) полимерных пленок и времен осаждения MnO2 ; Исследовать состав и структуру получаемых композитных материаловPEDOT/MnO2 структурно-физическими методами (СЭМ, EDX, XPS, ИКФурье спектроскопия) и методом кварцевых микровесов; Охарактеризоватьэлектрохимическиесвойствакомпозитныхматериаловметодамициклическойвольтамперометрииииэлектрохимического импеданса.

Изучить стабильность электрохимическихсвойств полученных композитных электродных материалов во времени; Определить количественные характеристики удельной емкостикомпозитных материалов PEDOT/MnO2, полученных разными способами иоптимизировать условия их получения; Изучить способы и условия синтеза композитных материалов наоснове полимерной пленки PEDOT с включением оксида никеля; Исследовать состав и структуру композитных материаловPEDOT/NiO. Охарактеризовать электрохимические свойства композитныхматериалов PEDOT/NiO.Научная новизнаРазработаны способы химического и электрохимического осажденияоксидов металлов в полимерную матрицу.Изучены закономерности химического осаждения оксида марганца впленки полимера за счет окислительно-восстановительного взаимодействияполимера с перманганат-ионами, впервые установлена зависимость количестваосажденного оксида марганца от концентрации перманганат-ионов и толщиныпленки.Представляют новизну установленные способы формирования«сэндвичевых структур» композитных материалов {PEDOT/MnO2}x и{PEDOT/NiO}x.Онидаютвозможностьувеличиватьемкостныехарактеристики материала, при сохранении высоких скоростей заряд-разряда.На основе микрогравиметрических данных о процессах массопереносаионов в ходе протекания электродных процессов в композитах PEDOT/MnO2,было доказано участие катионов щелочных металлов в процессе перезарядкидиоксида марганца.

Впервые изучены закономерности изменения5разнонаправленных потоков массы противо-ионов (катионов и анионов) в ходередокс-процессов с участием композитного материала PEDOT/MnO2 .Разработан новый «темплатный» метод синтеза композитныхматериалов с формированием распределенных по объему полимернойсвязующей матрицы высокодисперсных частиц оксида металла, основанныйна проращивании полимера через слои оксида металла. На способ иустройство для его реализации получены патенты РФ № 25688076 и № 149730.Теоретическая и практическая значимость работыПредложены различные способы синтеза композитных материалов наоснове оксида марганца (IV) и оксида никеля (II) c проводящим полимеромPEDOT (PEDOT/MnO2 и PEDOT/NiO), в частности, структур, полученныхосаждением оксида химическим и электрохимическим способом в пленкуполимера, структур с послойным чередованием проводящего полимера ивключений оксида металла, а также композитов, полученных проращиваниемполимера через тонкодисперсные осадки оксида никеля.

Изученызакономерности редокс-процессов в композитных материалах.На основе полученных результатов определены оптимальные методысинтеза для получения композитов с улучшенными емкостнымихарактеристиками и быстрыми процессами заряд-разряда, что являетсянеобходимымдляиспользованияисследуемыхматериаловвсуперконденсаторах.Методы исследованияПроведены исследования морфологии (методом СЭМ), структуры(методами РФЭС, ИК-Фурье спектроскопия) и составов (методом ЭДА)получаемых композитов. Количественная оценка осажденного в пленкуPEDOTдиоксидамарганцапроводиласьметодамикварцевоймикрогравиметрии иатомно-абсорбционной спектрометрии.

Проведенадетальная характеристика электрохимических свойств и емкостныххарактеристиккомпозитныхматериаловметодомциклическойвольтамперомерии. Проведен расчет параметров переноса заряда вкомпозитных пленках из данных спектроскопии электрохимическогоимпеданса.Положения, выносимые на защиту- условия синтеза композитных пленок PEDOT/MnO2 и PEDOT/NiO.- данные электронной микроскопии (СЭМ, РФЭС) по структурекомпозитов, размеру и характеру распределения частиц оксидов вкомпозитных пленках.- экспериментальные данные по электрохимическим свойствамкомпозитныхматериалов,оцененныеметодамициклическойвольтамперометриии и электрохимического импеданса.- количественные характеристики удельной емкости композитныхматериалов PEDOT/MnO2 и PEDOT/NiO.- данные микрогравиметрии о процессах массопереноса ионов в ходепротекания электродных процессов в композитах PEDOT/MnO26Апробация результатовОсновные результаты исследования апробированы на российских имеждународных конференциях:«Теория и практика современных электрохимических производств»,2014 (Санкт-Петербург, Россия).

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