Номер гранта: 13-03-00984

Область: Химия и материаловедение
Тип конкурса: «а» (инициативные научные проекты, до 2016)
Год: 2013
Руководитель проекта: В. В. Кондратьев
Статус заявки: Поддержан

Описание проекта

Этот проект посвящён разработке научных и технологических основ получения и использования новых наноструктурированных перезаряжаемых материалов на основе проводящих полимеров и наноразмерных металлических структур (наночастиц, нанопроволок) и оксидов металлов. Особое внимание уделяется:

• принципам дизайна для направленного синтеза наноструктурированных металл-полимерных электродных материалов
• выяснению роли структурных и морфологических факторов в каталитических и энергозапасающих свойствах гибридных плёнок на электродах

Основные методы синтеза: Химический и электрохимический синтез полимеров со встроенными металлами и оксидами металлов.

Цели проекта:

• Систематическое изучение влияния структурных/размерных факторов и содержания металла на электрохимические свойства металл-полимерных композитов
• Фундаментальное понимание переноса заряда в материалах полимер/оксид металла и разработка новых нанокомпозиционных электродных материалов и устройств

Отчёт по проекту

Основные результаты:

1. Разработаны и успешно применены несколько новых методов создания сложных иерархических композиционных структур проводящего полимера с наночастицами металлов и оксидов металлов:

   • Слоистые структуры с чередующимися полимерными и металлическими включениями, полученные электрохимическим осаждением (например, PEDOT/NiO, PEDOT/MnO₂, PEDOT/WO₃)
   • Композиты, образованные ростом полимера через тонкодисперсные осадки оксидов металлов (PEDOT/MnO₂, PEDOT/NiO), а также химическим осаждением оксидов металлов с редокс-взаимодействием с полимерами (PEDOT/MnO₂, PEDOT/PSS/MnO₂)

2. Проведена детальная электрохимическая характеризация (циклическая вольтамперометрия, гальваностатический заряд, импедансная спектроскопия) для ряда композитов:

   • В направлении накопления энергии: PEDOT/MnO₂, PEDOT/NiO, PEDOT/PSS/MnO₂
   • В направлении катализа: PEDOT/NiO, PEDOT/Ag, PEDOT/PSS/Pd
   • Оксиды металлов в полимерных плёнках резко увеличивают ёмкость композитов: PEDOT/MnO₂ 220–310 Ф/г, PEDOT/NiO 160–200 Ф/г, в зависимости от содержания оксида
   • Изучены электрокаталитические свойства в реакции окисления гидразина/этанола, показано влияние содержания металла
   • PEDOT/WO₃ охарактеризован в растворе 0,5 М H₂SO₄

3. Выполнен структурный анализ с помощью SEM/TEM, рентгеновского рассеяния, рентгенофотоэлектронной и ИК-спектроскопии:

   • Определены размеры и распределения металлсодержащих включений; изучено электронное состояние ионов марганца/никеля в плёнках PEDOT/MnO₂, PEDOT/NiO
   • С помощью профилирования по глубине и фотоэмиссии картировано распределение оксида марганца в PEDOT/MnO₂

4. Кварцевая микрогравиметрия и атомно-абсорбционный анализ позволили выяснить состав плёнок и стехиометрию редокс-процессов

Все задачи проекта были полностью выполнены. Результатом стали 34 публикации (1 глава в книге, 12 статей в журналах, 19 тезисов конференций, 2 патента).