Электрохимическая активность наноструктурной меди в ионообменной матрице

• Автор: Чайка, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общие представления о композитах металлионообменник.

1.2. Электронная проводимость композитов металлполимер.

1.3. Формирование металлических наноструктура полимерных матрицах.

1.3.1. Электроосаждение металлов в электронопроводящие пленки

1.3.2. Электроосаждение металлов в непроводящие полимеры

1.3.3. Электроосаждение металлов в ионообменные матрицы.

1.4. Электровосстановление молекулярного кислорода на композитных электродных материалах.
1.4.1. Общие закономерности электровосстановлениямолекулярного кислорода в водных растворах.

1.4.2. Электровосстановление молекулярного кислорода на компактной меди.

1.4.3. Электровосстановление молекулярного кислорода на дисперсных металлических электродах.
1.5. Заключение.
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Синтез ианокомпозита медьионообменник.
2.1.1. Физикохимические характеристики ионообменных материалов
2.1.2. Синтез нанокомпозита мсдьионообменникс различным количеством металла
2.1.3. Определение количества осажденной в ионообменник меди комплексонометрическим титрованием.
2.1.4. Определение количества осажденного в ионообменник металла методом инверсионной вольтамперометрии.
2.1.5. Физикохимические свойства угольных основ для осаждения
2.2. Исследование свойств нанокомпозитов мсталлионообменник физическими методами.
2.2.1. Измерение электронной проводимости нанокомпозита
2.2.2. Микроскопическое исследование.
2.2.3. Исследование распределения меди в зерне нанокомпозита методом локального рентгеноспектрального микроанализа.
2.2.4. Рентгенографическое исследование
2.3. Электрохимическая поляризация ианокомпозитаметаллионообменник
2.3.1. Электроосаждение меди в ионообменник
2.3.2. Электровосстановление молекулярного кислорода.
2.4. Статистическая обработка результатов эксперимента.
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ В ИОНООБМЕННЫЕ НОСИТЕЛИ.
3.1. Влияние природы восстановителя на размер частиц и количество осаждаемой меди в ионообменник
3.2. Электронная проводимость и распределение металла
в нанокомпозите медьионообменник
3.3. Осаждение меди и серебра в катионообменную мембрану МК.
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ИОНОГЕННЫХ ГРУПП И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДОПИРОВАНИЯ МЕТАЛЛАМИ Си, А
НА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ МЕДИ В ИОНООБМЕННИК.
4.1. Электрохимическое поведение макропористого сульфокатионообменника КУ 0С в Си2формс
4.2. Влияние природы ионогенных групп на процесс электроосаждения меди в ионообменник
4.3. Потенциостатическое осаждение меди сульфокатионообменник КУ
4.4. Осаждение меди в сульфокатионообменник в импульсном режиме поляризации
4.5. Электроосаждеиие меди в допированный металлами ионообменник.
4.6. Электроосаждение меди в проводящую угольную матрицу.
4.7. Выводы
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА НА НАНОКОМПОЗИТЕ МЕДЬИОНООБМЕННИК .
5.1. Зависимость предельного тока электровосстановления кислорода
от количества меди в ионообменнике.
5.2. Механизм электровосстановления кислорода на нанокомпозитс медьионообменник.
5.3. Пространственная локализация кислородной реакции в зерне нанокомпозита медьионообменник.
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Наличие противоионов, локализованных возле электрически заряженных фиксированных групп, обеспечивает композитам металлионообменник ионную проводимость. Металлический компонент, а также матрица с сопряженными связями могут обеспечить композиту электронную проводимость , . Наделяя ионообмепники новыми свойствами, наноразмерные включения металлов должны в минимальной степени влиять на транспортноканальную структуру полимеров и не ухудшать их электрохимические и массообменные характеристики . Синтез наночастиц может осуществляться как в пористых ионообменниках гранулы, мембраны, волокна, так и в дендримерных оболочках , . В пористых матрицах частицы занимают, как правило, микро, мезо или макропоры, что и определяет их конечный размер. Примером могут служить синтезированные в нанопроволоки оксидов металла в цеолитной матрице. Частицы серебра и сульфида серебра получены в нанопорах перфорированной ионообменной мембраны . Палладийсодержащий композит создан на основе сульфокатионообменных волокон . Имеются работы по синтезу наночастиц серебра в пористых стеклах , . В ионообменные полимерные пленки, нанесенные на электродные материалы, электроосаждают металл для получения электрокатализаторов . Естественными нанореакторами для синтеза наночастиц металлов являются дендримеры полимеры с сильно разветвленной древовидной структурой, исходящей из центрального ядра, не имеющие замкнутых циклов , . Их размеры изменяются в пределах от 2 до нм. Внутри дендримеров имеются полости, в которых способны стабилизироваться молекулы и частицы нанометрового размера. Например, в дендримерах с концевыми амино и карбоксилатными группами фотохимическим методом синтезированы частицы серебра размером 7 нм . Синтезированы композиты на основе дендримеров, содержащие наночастицы меди размером нм и стабилизированные в полиамидоимине, наночастицы золота в полимере с тиольными или карбоксильными группами , наночастицы платины в дендримере на основе полиарилового эфира . Получен композит, состоящий из наночастиц полистирола с последовательно адсорбированными полистиролсульфонатом и комплексом ионов железа II, каждый слой которого содержит ионов металла . Микроструктура самоорганизующихся нанокомпозитов на основе дендримеров определяется наличием Ваидсрваальсовых, слабых водородных или гидрофильногидрофобных взаимодействий . В самоорганизованные полимолекулярные слои вводят различные металлокомплексы и наночастицы. Методы послойного синтеза нанокомпозитов на основе самоорганизованных слоев 1ауегЬу1ауег в последнее время получили широкое распространение. Еще одним типом нанокомпозитов металлполимер с особенной архитектурой являются нанокомпозиты на основе пленок ЛенгмюраБлоджетт , . Размеры элементов в этих двумерных пленках не превышают 2 нм. Для получения регулярных ансамблей самоорганизованных слоев типа мультислоев используют электростатические взаимодействия между заряженными наночастицами и заряженными монослоями поверхности . Электронопроводящие свойства металлонаполненных полимерных систем в значительной степени определяются характером распределения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде , . На распределение частиц и электрофизические свойства композита оказывают также влияние форма частиц и физикохимическое состояние их поверхности, природа полимера, способ создания композиционного материала, давление и температура . Электронопроводящие полимерные композиции представляют собой сильно неупорядоченные системы . Для описания свойств таких систем широко используют представления теории перколяции и фрактальной геометрии, которые позволяют установить количественную связь между структурой композита и его проводимостью , . X и критические индексы проводимости, которые зависят от размерности системы и геометрии объекта . В простейшем случае предполагается, что при т0 плохопроводящая фаза не проводит ток су2 0, а при т0 падением напряжения на хорошо проводящей фазе можно пренебречь а, оо . В работе было показано, что в пленочной композиции частиц никеля и эпоксидной смолы наблюдается два порога перколяции.