Диссертация (1150282), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Поэтому дляуспешногопримененияметодатемплатногосинтезакомпозитныхматериаловнеобходимо использовать малорастворимые коллоидные формы оксида металла илимаксимально ультрадисперсный порошок оксида металла. Формирование полимернойматрицы также необходимо проводить уже в процессе формирования слоя осадкаоксида на поверхности электрода путем седиментации.137Выводы.1. Предложены различные способы химического и электрохимического синтезакомпозитных материалов на основе оксида марганца (IV) и оксида никеля (II) cпроводящим полимером PEDOT (PEDOT/MnO2 и PEDOT/NiO), в частности, структур спослойным чередованием проводящего полимера и включений оксида металла, а такжекомпозитов, полученных проращиванием полимера через тонкодисперсные осадкиоксида никеля.2.
Определены основные условия химического осаждения диоксида марганца из водногораствора KMnO4 в предварительно синтезированную пленку PEDOT за счет спонтаннойокислительно-восстановительнойреакции,ведущейкформированиюдиоксидамарганца в пленке полимера. Установлено влияние концентрации перманганат-ионов,толщины пленки и времени осаждения на количество включаемого оксида марганца.3. Методом сканирующей микроскопии установлена морфология пленок при включенииоксида марганца.
С помощью рентгеновского анализа изучена структура композитовPEDOT/MnO2 и обнаружена аморфная природа осадка диоксида марганца. Методомрентгеновской фотоэлектронной спектроскопии получены данные о преимущественнойстепени окисления (IV) для оксида марганца в составе композитных пленок. Методомпослойного секционирования пленки при постепенном срезании слоев пленкиPEDOT/MnO2 установлено распределение оксида марганца по глубине пленки.4. Проведена детальная характеристика электрохимических свойств композитныхматериаловметодамициклическойвольтамперомерии,спектроскопииэлектрохимического импеданса.
Показано, что редокс-процессы с участием марганца впленке в изученном диапазоне потенциалов связаны с перезарядкой ионов марганца(IV)до марганца(III)/(II) и формированием смешанных оксидов марганца(III/II) MnO·Mn2O3различной степени гидратации.5. Проведены исследования по варьированию структуры и состава композитныхматериаловPEDOT/MnO2иPEDOT/NiOсцельюполученияулучшенныхэнергозапасающих характеристик. Показано, что удельная электрохимическая емкостькомпозитов PEDOT/MnO2 составляет 148-221 Ф/г в зависимости от количества оксидамарганца в пленке, а удельная емкость компонента MnO2 в составе композита достигает274-310 Ф/г.
Удельная емкость композитов PEDOT/NiO составляет 160-190 Ф/г.1386.Определеныусловияполучения«сэндвичевых»структурнаосновепоследовательного повторения процедур осаждения слоев оксидов металлов иполимера. Доказано, что структурирование композитного материала и дисперсноераспределениевматрицеполимераприводяткувеличениюэффективностииспользования редокс-емкости оксидов в составе полимерной пленки и увеличениюскорости перезарядки композитного материала.7.Методомспектроскопииэлектрохимическогоимпедансаизученакинетикаэлектрохимических процессов перезарядки композитных пленок PEDOT/MnO2 взависимости от содержания осажденного оксида марганца.
Установлено, чтоэффективные коэффициенты диффузии носителей заряда уменьшаются с ростомсодержания оксида марганца в пленке полимера, что объяснено появлением болеекомпактных структур оксида металла в порах полимера.8. Установлена природа ионов электролита, участвующих в процессах переноса зарядапри окислении-восстановлении композитных пленок PEDOT/MnO2. Методом in situкварцевоймикрогравиметриидоказаноналичиепротивоположныхпотоковпротивоионов (анионов и катионов) в ходе процессов окисления или восстановлениясоставляющих композит компонентов (полимера и оксида марганца).139Список литературы1.G.H.
Yu, X. Xie, L.J. Pan, Z.N. Bao,Y. Cui, Hybrid nanostructured materials for highperformance electrochemical capacitors. Nano Energy, 2013. 2(2): p. 213-234.2.R. Holze,Y.P. Wu, Intrinsically conducting polymers in electrochemical energytechnology: Trends and progress. Electrochimica Acta, 2014.
122: p. 93-107.3.A.H. Lu,F. Schuth, Nanocasting: A versatile strategy for creating nanostructuredporous materials. Advanced Materials, 2006. 18(14): p. 1793-1805.4.X.H. Xia, J.P. Tu, J. Zhang, X.H. Huang, X.L. Wang, W.K. Zhang,H. Huang,MulticolorandfastelectrochromismofnanoporousNiO/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) composite thin film. Electrochemistry Communications, 2009.11(3): p. 702-705.5.R. Liu, J.
Duay,S.B. Lee, Synthesis and characterization of RuO2/poly (3,4ethylenedioxythiophene)(PEDOT)compositenanotubesforsupercapacitors.Proceedings Power MEMS, 2009: p. 4.6.R. Liu, R. Lee,S.B. Lee, MnO2/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) coaxial nanowires byone-step coelectrodeposition for electrochemical energy storage. Journal of theAmerican Chemical Society, 2008. 130(10): p.
2.7.P. Lv, Y.Y. Feng, Y. Li,W. Feng, Carbon fabric-aligned carbon nanotube/MnO2/conducting polymers ternary composite electrodes with high utilization and massloading of MnO2 for super-capacitors. Journal of Power Sources, 2012. 220: p. 9.8.E.C. Rios, A.A. Correa, F.H.
Cristovac, L.A. Pocrifka,A.V. Rosario, Poly(3,4ethylenedioxithiophene)/MnO2 composite electrodes for electrochemical capacitors.Solid State Sciences, 13, 1978 (2011). 2011. 13.9.B. Babakhani,D.G. Ivey, Improved capacitive behavior of electrochemically synthesizedMn oxide/PEDOT electrodes utilized as electrochemical capacitors. ElectrochimicaActa, 2010. 55(12): p.
4014-4024.10.P. Lv, P. Zhang, Y.Y. Feng, Y. Li,W. Feng, High-performance electrochemicalcapacitors using electrodeposited MnO2 on carbon nanotube array grown on carbonfabric. Electrochimica Acta, 2012. 78: p. 515-523.14011.P.Y.Tang,Y.Q.Zhao,C.L.Xu,Step-by-stepassembledpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)/manganese dioxide composite electrodes: Tuning the structurefor high electrochemical performance.
Electrochimica Acta, 2013. 89: p. 300-309.12.A. Laforgue, All-textile flexible supercapacitors using electrospun poly(3,4ethylenedioxythiophene) nanofibers. Journal of Power Sources, 2011. 196: p. 6.13.S.B. Yoon,K.B. Kim, Effect of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on thepseudocapacitivepropertiesofmanganeseoxide(MnO2)inthePEDOT/MnO2/multiwall carbon nanotube (MWNT) composite.
Electrochimica Acta,2013. 106: p. 135-142.14.J. Bobacka, A. Lewenstam,A. Ivaska, Electrochemical impedance spectroscopy ofoxidized poly(3,4-ethylenedioxythiophene) film electrodes in aqueous solutions. Journalof Electroanalytical Chemistry, 2000. 489(1-2): p. 17-27.15.S.N. Eliseeva, D.V. Spiridonova, E.G. Tolstopyatova,V.V. Kondratiev, Redoxcapacitance of poly-3,4-ethylenedioxythiophene studied by cyclic voltammetry andfaradaic impedance spectroscopy.
Russian Journal of Electrochemistry, 2008. 44(8).16.G.A. Snook, C. Peng, D.J. Fray,G.Z. Chen, Achieving high electrode specificcapacitance with materials of low mass specific capacitance: Potentiostatically grownthick micro-nanoporous PEDOT films. Electrochemistry Communications, 2007. 9(1):p. 83-88.17.P. Simon,Y. Gogotsi, Materials for Electrochemical Capacitors.
Nature Materials,2008. 7(11): p. 10.18.J.W. Long, D. Belanger, T. Brousse, W. Sugimoto, M.B. Sassin,O. Crosnier,Asymmetric electrochemical capacitors-Stretching the limits of aqueous electrolytes.Mrs Bulletin, 2011. 36(7): p. 513-522.19.B.E.Conway,Electrochemicalsupercapacitors.Scientificfundamentalsandtechnological applications1999, New York: Kluwer Academic Plenum Publishers. 698.20.В.В.
Малев, В.В. Кондратьев,А.М. Тимонов, Полимер-модифицированныеэлектроды.2012, СПб: Нестор-История. 344.21.G.A. Snook, P. Kao,A.S. Best, Conducting-polymer-based supercapacitor devices andelectrodes. Journal of Power Sources, 2011. 196(1): p. 1-12.14122.P.T. Sen, A. De, A.D.
Chowdhury, S.K. Bandyopadhyay, N. Agnihotri,M. Mukherjee,Conducting polymer based manganese dioxide nanocomposite as supercapacitor.Electrochimica Acta, 2013. 108: p. 265-273.23.C.C. Hu, K.H. Chang, M.C. Lin,Y.T. Wu, Design and tailoring of the nanotubulararrayed architecture of hydrous RuO2 for next generation supercapacitors. NanoLetters, 2006. 6(12): p. 2690-2695.24.V. Subramanian, S.C. Hall, P.H.
Smith,B. Rambabu, Mesoporous anhydrous RuO2 as asupercapacitor electrode material. Solid State Ionics, 2004. 175(1-4): p. 511-515.25.M. Dupont, A.F. Hollenkamp,S.W. Donne, Electrochemically active surface areaeffects on the performance of manganese dioxide for electrochemical capacitorapplications. Electrochimica Acta, 2013. 104: p. 140-147.26.F.
Lallemand, F. Plumier, J. Delhalle,Z. Mekhalif, Electrochemical elaboration ofadherent poly (3,4-ethylene-dioxythiophene) films and hybride nanowires on nickel.Applied Surface Science, 2008. 254(11): p. 3318-3323.27.S.M. El-Refaei, M.M. Saleh,M.I. Awad, Enhanced glucose electrooxidation at a binarycatalyst of manganese and nickel oxides modified glassy carbon electrode. Journal ofPower Sources, 2013.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
