ТРАНСПОРТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
ENVIRONMENTAL
VEHICLES
ЛИТИЙ-ИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА LITHIUM-ION CURRENT SOURCES AND SUPERCAPACITOR
Статья поступила в редакцию 24.12.14. Ред. per. № 2167
The article has entered in publishing office 24.12.14. Ed. reg. No. 2167
УДК 544.653.2/.3
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОАКТИВНОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВОССТАНОВЛЕННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИ-О-ФЕНИЛЕНДИАМИНА
Е.Ю. Писарееская1* О.Н. Ефимов2, М.Р. Эренбург1, A.M. Горбунов1, В.Н. Андреев1
'Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН Россия 119071, Москва, Ленинский пр-т, д. 31, корп. 5 тел.: +7(495) 955-46-01; e-mail: elena_pisarevska@bk.ru 2Институт проблем химической физики РАН Россия 142432, Московская обл., г. Черноголовка, просп. Академика Семенова, 1
тел.: +7(495) 993-57-07
doi: 10.15518/isjaee.2014.22.005 Заключение совета рецензентов: 26.12.14 Заключение совета экспертов: 30.12.14 Принято к публикации: 12.01.15
Проведены исследования, направленные на получение электродного материала с развитой поверхностью и выраженной электроактивностью путем синтеза композитных материалов на основе восстановленного оксида графена (ВОГ) и поли-о-фенилендиамина (ПФД). В рамках этой задачи предложено двухстадийное восстановление оксида графена (ОГ), включающее химическую и электрохимическую стадии. Изучены различные способы модифицирования электродной поверхности композитным материалом. Показано, что электрическая емкость композита ВОГ-ПФД выше, чем емкость чистого ПФД, а композитные пленки обладают выраженной редокс-активностью за счет присутствия ПФД. Создание подобных материалов находит в дальнейшем применение в различных накопителях энергии, в антикоррозионных покрытиях, всевозможных датчиках. Кроме того, в некоторых случаях присутствие электроактивного полимера может повысить адгезию к материалу подложки. Достаточно высокая устойчивость ПФД в широком диапазоне потенциалов как вне, так и внутри композита с ВОГ может существенно расширить область применения подобного материала. Способность ПФД модифицироваться различными электроактивными частицами, в том числе ионами металлов, позволит в дальнейшем получить новые композитные материалы на основе ВОГ-ПФД с включением подобных частиц, что существенно расширит диапазон их применения.
Ключевые слова: графен, оксид графена, ОГ, восстановленный оксид графена, ВОГ, редокс-полимер, поли-о-фенилендиамин, ПФД, модифицированные электроды, электрохимический синтез, тонкослойная ячейка, атомно-силовая микроскопия, АСМ.
PREPARATION OF THE ELECTROACTIVE COMPOSITE MATERIAL BASED ON REDUCED GRAPHENE OXIDE AND POLY-O-PHENYLENEDIAMINE
E.Yu. Pisarevskaya1 , O.N. Efimov 2, M.R. Ehrenburg1, A.M. Gorbunov 1, V.N. Andreev 1
A.N. Frumkin Institute of Physical chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences (IPCE RAS) 31 Leninsky prospect, Moscow, 119071 Russian Federation phone: +7(495) 955-46-01 institute of Problems of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences 1 Academician Semenov Av., Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russian Federation
phone: +7(495) 993-57-07
Referred 26 December 2014 Received in revised form 30 December 2014 Accepted 12 January 2015
Studies were carried out to obtain an electrode material with developed surface and pronounced electroactivity by synthesis of composite materials based on reduced graphene oxide (RGO) h poly-o-phenylenediamine (PPD). To this end, two-step graphene oxide (GO) reduction including chemical and electrochemical steps was proposed. Various methods were studied to modify the electrode surface with a composite material. The electrical capacity of RGO-PPD composite was shown to exceed that of pure PPD, while composite films show pronounced redox activity due to the presence of PPD. Creation of such materials will further find applications in various energy storage devices, corrosion-proof coatings, and sensors of any kind. Furthermore, in some cases the presence of an electroactive polymer may enhance adhesion to the substrate material. Sufficiently high stability of PPD either outside or inside in a wide potential range an RGO composite may substantially widen the application field of such a material. Possibility of PPD modification by various electroactive particles, including metal ions, will further allow obtaining new composite materials based on RGO-PPD containing such particles, which will considerably enhance the range of their application.
Keywords: graphene, graphene oxide, GO, reduced graphene oxide, RGO, redox-polymer, poly-o-phenylenediamine, PPD, modified electrodes, electrochemical synthesis, thin-layer cell, atomic force microscopy, AFM.
M, - G -'м1
с о
Писаревская Елена Юръевна Elena Yu. Pisarevskaya
Сведения об авторе: к. х. н., старший научный сотрудник ИФХЭ РАН.
Образование: МГУ имени Ломоносова, химический факультет.
Область научных интересов: электрохимия электроактивных полимеров; получение электроактивных материалов на их основе; электрохимическое поведение материалов на основе оксида графена.
Публикации: более 35.
Information about the author: Senior Researcher, IPCE RAS, Ph.D.
Education: Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry.
Area of research: electrochemistry of electroactive polymers; synthesis of elec-troactive materials on their basis; electrochemical behavior of materials based on graphene oxide.
Publications: more than 35.
\
Ефимов Олег Николаевич Oleg N. Efimov
Сведения об авторе: к.х.н., ведущий научный сотрудник ИПХФ РАН.
Образование: РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Область научный интересов: композиты проводящих полимеров с наноуглеродными материалами, электродные материалы для литиевых аккумуляторов, суперконденсаторов, сенсоров, электрохромных устройств; электрокатализ.
Публикации: 150.
Information about the author: leading researcher, IPCP RAS, Ph.D.
Education: D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia.
Area of research: Composites of conducting polymers with nanocarbon materials, electrode materials for lithium batteries, supercapacitors, sensors, electrochrom-ic devices; electrocatalysis.
Publications: 150.
-О
N
Эренбург Мария Рудольфовна Maria R. Ehrenburg
Сведения об авторе: к.х.н., старший научный сотрудник ИФХЭ РАН.
Образование: МГУ им. М.В. Ломоносова.
Область научных интересов: монокристаллы, электрохимия, проводящие полимеры, электрокатализ, зондовая микроскопия, наночасти-цы, гальванические осадки, импеданс, композитные материалы.
Публикации: 17.
Information about the author: senior researcher, IPCE RAS, Ph.D.
Education: Moscow State University, Faculty of Chemistry.
Area of research: single crystals, electrochemistry, conducting polymers, electrocataly-sis, probe microscopy, nanoparticles, galvanic deposits, impedance, composite materials.
Publications: 17.
X.
и y.ji
j ' ^ ' ^v у
T - у
mitШМ^
Горбунов Александр Матвеевич Alexander M. Gorbunov
Сведения об авторе: к. ф.-м. н., старший научный сотрудник лаборатории Новых физико-химических проблем.
Образование: физфак МГУ.
Область научных интересов: изучение структуры различных веществ методом ИК Фурье спектроскопии.
Публикации: более 100.
Information about the author:
Senior Researcher of Laboratory of New Physico-Chemical Problems, IPCE RAS, Ph.D.
Area of research: structure investigation using the IR Fourier spectroscopy technique.
Publications: more than 100.
M, - G -'м1
с о
Андреев Владимир Николаевич Vladimir N. Andreev
Сведения об авторе: д.х.н., заведующий лабораторией Межфазных границ и электрокатализа ИФХЭ РАН, заместитель директора института по научной работе.
Образование: РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Область научных интересов: электрокатализ, композитные материалы, электрохимическая энергетика.
Публикации: 180.
Information about the author:
Head of Laboratory of Interfaces and Electrocatalysis, Deputy Director for Science IPCE RAS, D.Sci.
Education: РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Area of research: electrocatalysis, composite materials, electrochemical energetics.
Publications: 180.
-О
N
Введение
Уникальные свойства графена, относительная легкость его получения, высокая устойчивость водной дисперсии оксида графена открывают широкие перспективы для его использования в различных электронных устройствах: сверхчувствительных датчиках, полевых транзисторах, электрохимических резонаторах. Оксид графена (ОГ), обладающий свойствами диэлектрика, и проводящий восстановленный оксид графена (ВОГ) используются при изготовлении биосенсоров, в том числе электрохимических. Не так давно ВОГ стали использовать в электрохи-
мических биодатчиках. Электроды, модифицированные ВОГ, благодаря большой площади поверхности проявляют электрокаталитическую активность в ряде реакций [1]. Простота получения покрытий из ВОГ, возможность комбинирования его с другими веществами и материалами, а также низкая проницаемость нанолистов, обусловили интерес к использованию ВОГ в антикоррозионных покрытиях [2].
Как известно, электроактивные полимеры (ЭП) (к которым в свою очередь относятся проводящие (ПП) и редокс-полимеры (РП)) могут хранить заряды не только за счет двойного электрического слоя, но и за счет образования псевдоемкости при быстром пе-
реносе заряда во время фарадеевских процессов. Удельная емкость таких электродов выше, чем у двойнослойных конденсаторов на основе углеродных материалов. В то же время одним из недостатков ПП как суперконденсаторов является их сравнительно невысокая стабильность при циклировании и низкая механическая прочность. Поэтому с точки зрения устранения этих недостатков большой интерес представляет получение композитов на основе ПП и различных углеродных материалов, например ВОГ [3].
С каждым годом растет количество работ по изучению композитов на основе ВОГ и ЭП. В зависимости от поставленных целей функционализация ВОГ осуществляется как органическими, так и неорганическими частицами; по механизму получения функ-ционализация может быть как ковалентной, так и нековалентной. Полимеры, которые также широко используются для
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.