Взаимосвязь процессов ионного обмена и электронного переноса в бифункциональных нанокомпозитах металл - полимер (ионообменник, сопряженный полимер)

• Автор: Золотухина, Екатерина Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 304 с. : 35 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Электронный и ионный обмен на нанокомпозитах металл-ионообменник (современное состояние проблемы)

1.1. Понятие о нанокомпозитах металл-ионообменник

1.2. Химическое осаждение металлов в функциональные полимерные матрицы

1.3. Электродный потенциал нанокомпозитов металл-ионообменник

1.3.1. Размерный фактор

1.3.2. Электронный и ионный перенос в редокс-полимерах

1.4. Ионообменное равновесие К+- Ме2+

1.5. Методы расчета термодинамических констант и коэффициентов активности компонентов ионообменного равновесия
1.6. Катализ на нанокомпозитах металл-функциональный полимер
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования
2.1. Основные объекты исследования и их характеристика
2.2. Методы синтеза композитов металл-функциональный полимер
2.2.1. Подготовка ионообменных смол к работе
2.2.2. Химическое осаждение металлов и их соединений в матрицы ионообменников и сопряженного полимера
2.2.2.1. Общие принципы
2.2.2.2. Технологическое исполнение
2.2.3. Химическое осаждение солей и гидроксидов металлов в матрицы полимеров
2.3. Методы определения состава композита и раствора
2.3.1. Ионообменная емкость, набухаемость
2.3.2. Содержание неорганического компонента
2.3.3. Концентрация ионов в растворе
2.4. Методы анализа морфологии нанокомпозитов
2.5. Методы исследования равновесия ионного обмена
2.5.1. Изотермы обмена
2.5.2. Мембранный потенциал
2.6. Методы исследования равновесия электронного обмена
2.6.1. Электродный потенциал насыпного электрода со слоем композита
2.6.2. Электродный потенциал единичной гранулы композита
2.6.3. Электрохимическое осаждение металлических частиц на поверхности электрода

2.6.4. Электрохимические свойства пленочных электродов
2.6.5. Подготовка электродов к работе
2.7. Методы исследования химической и каталитической активности
2.7.1. Взаимодействие с растворенным в воде молекулярным кислородом
2.7.2. Методы оценки бактерицидного действия
2.7.3. Методы оценки каталитической активности в реакции окисления формальдегида кислородом
2.7.4. Методика определения каталитической активности композитов палладий/полипиррол
2.8. Выводы
ГЛАВА 3. Химическое осаждение металлов и их соединений в полимерные матрицы различной природы
3.1. Влияние природы восстановителя и промежуточных соединений
на размер частиц металла
3.2. Влияние природы восстановителя на распределение частиц металла по матрице
3.3. Роль полимерной матрицы
3.3.1. Химическое осаждение меди в ионообменники
3.3.2. Химическое осаждение меди в гидрогели
3.4. Особенности химического осаждения неорганического компонента в полипиррольную матрицу
3.4.1. Химическое осаждение палладия
3.4.2. Химическое осаждение солей из сложных по составу, многокомпонентных растворов
3.4.2.1. Йодид меди/полипиррол, Си1/РРу
3.4.2.2. Берлинская лазурь/полипиррол, РВ/РРу
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Ионообменные свойства матрицы в присутствии металлических частиц
4.1. Область эквивалентного ионного обмена
4.2. Влияние дисперсного металла на ионообменные процессы
4.2.1. Роль стерического фактора
4.2.2. Влияние ионизации меди на равновесие обмена. Роль фонового электролита
4.3. Расчет активности участников ионообменного равновесия Г -Си2+и константы равновесия обмена
4.3.1. Расчет активности компонентов раствора
4.3.2. Расчет активности резинатов, противоионов и константы

равновесия в сульфокатионообменнике КУ-23 15/100
4.3.3. Расчет активности противоионов и константы обмена на Си°-КУ-23 15/100
4.4. Потенциал Доннана
4.4.1. Расчет концентрационной составляющей потенциала Доннана
4.4.2. Экспериментальная оценка концентрационной составляющей потенциала Доннана по граничному потенциалу мембраны
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. Межфазные равновесия в системе композит металл-ионообменник-раствор
5.1. Взаимосвязь электронного переноса и ионного обмена в нанокомпозитах металл-ионообменник
5.2. Установление межфазных равновесий в системе металл-ионообменник-раствор собственных ионов металла
5.2.1. Потенциал определяющая реакция на металлическом электроде
5.2.2. Особенности формирования потенциала насыпного электрода
со слоем катионообменной матрицы
5.2.3. Особенности формирования потенциала насыпного электрода со слоем композитов на основе катионообменной матрицы с высоким содержанием металла
5.2.4. Особенности формирования потенциала насыпного электрода со слоем композитов на основе катионообменной матрицы с низким содержанием металла
5.3. Установление межфазных равновесий в нанокомпозитах на основе матриц различной природы
5.4. Влияние концентрации противоионов меди на перекристаллизацию частиц металлической меди
5.5. Особенности протекания процессов в системе медьсодержащий композит - раствор сульфата меди (II) в условиях естественной аэрации
5.6. Стабилизация металла в ионообменной матрице
5.6.1. Стационарный потенциал
5.6.2. Матричная и зарядовая изоляция частиц металла
5.7. Кинетика роста частиц металла на электроде и в ионообменной матрице
5.7.1. Электродный потенциал дисперсных частиц серебра
5.7.2. Электродный потенциал дисперсных частиц в полимерной матрице
5.8. Выводы

-АЕ (го), В
Г0 [Г0, НМ]
Рисунок 1.6. Смещение потенциала ион-металической пары, связанное с дисперсностью частиц серебра (1), меди (2) и висмута (3).
Таблица 1.1. Величины стандартных потенциалов шчш г мольный объем, поверхностное натяжение и число электронов в редокс-превращении для различных ион-металлических пар, Т=298 К
Редокс-пара п о, Дж/м2 V -ю6, Ш ’ м3/моль р тэ Мег* / Ме° ’
Си2+/Си° 2 1.8 [1261 7
В13+/В1° 3 0.4 [1301 21
Ац+/Аци 1 1.4 [1201 10
При переходе от системы с индивидуальными наночастицами металла к системам металл-ионообменник значение приобретает не только размерный, но и ионообменный фактор.
1.3.2. Электронный и ионный перенос в редокс-полимерах
Нанокомпозиты металл-ионообменник представляют собой полимерный ионообменный носитель и равномерно распределенный по его объему дисперсный металл. Частицы металла участвуют в электронообменной