Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости

Разработаны методики получения композитов на основе восстановленного СВЧ-облучением оксида графена и сопряжённого полимера – полианилина (ПАни-ВОГ), обладающих высокой удельной ёмкостью при их использовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено исследование структуры и физико-химически...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2015
Main Authors:	Баскаков, С.А., Золотаренко, А.Д., Баскакова, Ю.В., Шульга, Ю.М., Щур, Д.В., Кузнецов, И.Е., Ефимов, О.Н., Гусев, А.Л., Дорошенко, С.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2015
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87977
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости / С.А. Баскаков, А.Д. Золотаренко, Ю.В. Баскакова, Ю.М. Шульга, Д.В. Щур, И.Е. Кузнецов, О.Н. Ефимов, А.Л. Гусев, С.В. Дорошенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 37–57. — Бібліогр.: 45 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859650170528989184
author	Баскаков, С.А. Золотаренко, А.Д. Баскакова, Ю.В. Шульга, Ю.М. Щур, Д.В. Кузнецов, И.Е. Ефимов, О.Н. Гусев, А.Л. Дорошенко, С.В.
author_facet	Баскаков, С.А. Золотаренко, А.Д. Баскакова, Ю.В. Шульга, Ю.М. Щур, Д.В. Кузнецов, И.Е. Ефимов, О.Н. Гусев, А.Л. Дорошенко, С.В.
citation_txt	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости / С.А. Баскаков, А.Д. Золотаренко, Ю.В. Баскакова, Ю.М. Шульга, Д.В. Щур, И.Е. Кузнецов, О.Н. Ефимов, А.Л. Гусев, С.В. Дорошенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 37–57. — Бібліогр.: 45 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Разработаны методики получения композитов на основе восстановленного СВЧ-облучением оксида графена и сопряжённого полимера – полианилина (ПАни-ВОГ), обладающих высокой удельной ёмкостью при их использовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено исследование структуры и физико-химических свойств композитов различного процентного состава с помощью методов элементного анализа, ИК- и КР-спектроскопии и электронной микроскопии. Показано, что ВОГ обладает высокой стабильностью при длительном циклировании в режиме заряд—разряд, но низкими показателями ёмкости (≅ 22 Ф/г); чистый ПАни, наоборот, имеет высокую удельную ёмкость в пределах 800—850 Ф/г и недостаточную устойчивость при заряд-разрядном циклировании. Ёмкостные показатели и стабильность при продолжительных гальваностатических испытаниях композитов ПАни-ВОГ занимают промежуточные значения по сравнению с составляющими их компонентами. Из трёх исследованных композитов наиболее устойчивым к циклированию и обладающим приемлемыми ёмкостными показателями (более 300 Ф/г) является состав 70 вес.% ПАни и 30 вес.% ВОГ. Розроблено методики одержання композитів на основі відновленого НВЧ-опроміненням оксиду графену і сполученого полімеру – поліаніліну (ПАні-ВОГ), що володіють високою питомою місткістю при їх використанні в якості електродів суперконденсаторів. Проведено дослідження структури і фізико-хімічних властивостей композитів різного процентного складу за допомогою методів елементного аналізу, ІЧ- і КР-спектроскопії й електронної мікроскопії. Показано, що ВОГ володіє високою стабільністю при тривалому циклюванні в режимі заряд—розряд, але низькими показниками місткости (≅ 22 Ф/г); чистий ПАні, навпаки, має високу питому місткість в межах 800—850 Ф/г і недостатню стійкість при заряд-розрядному циклюванні. Місткісні показники і стабільність при тривалих гальваностатичних випробуваннях композитів ПАні-ВОГ мають проміжні значення в порівнянні з компонентами, які складають їх. З трьох досліджених композитів найбільш стійким до циклювання і таким, що володіє прийнятними місткісними показниками (більше 300 Ф/г), є склад із 70 ваг.% ПАні і 30 ваг.% ВОГ. The composites of polyaniline with reduced graphene oxide (PAni-RGO) are obtained. The structure and physicochemical properties of the composites are studied by means of the methods of elemental analysis, IR and Raman spectroscopy, and electron microscopy. The composites are also tested as electrodes for supercapacitors. As shown, the RGO has high stability during prolonged charge—discharge cycling, but low specific capacitance (≅ 22 F/g), and vice versa, the PAni has a high specific capacitance (800 F/g), but low stability in the charge—discharge cycling. Capacitance and stability of the PAni-RGO composites take intermediate values as compared with their constituents. As revealed, the composition of 70 wt.% PAni and 30 wt.% RGO is the most stable in cycling. The specific capacitance for this composition is found to be 300 F/g.
first_indexed	2025-12-07T13:32:53Z
format	Article
fulltext	37 PACS numbers:68.37.Hk, 78.30.Na,78.67.Sc,78.67.Wj,81.05.ue,82.45.Yz, 82.47.Uv Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости С. А. Баскаков, А. Д. Золотаренко , Ю. В. Баскакова, Ю. М. Шульга, Д. В. Щур, И. Е. Кузнецов *, О. Н. Ефимов, А. Л. Гусев , С. В. Дорошенко * Институт проблем химической физики РАН, просп. Акад. Семёнова, 1, 142432 Черноголовка, Московская область, Россия Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина Научно-технический центр «ТАТА», ул. Московская, 29, 607183 Саров, Нижегородская обл., Россия *Ивановский государственный университет, ул. Ермака, 39, 153025 Иваново, Россия Разработаны методики получения композитов на основе восстановленно- го СВЧ-облучением оксида графена и сопряжённого полимера – полиа- нилина (ПАни-ВОГ), обладающих высокой удельной ёмкостью при их ис- пользовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено ис- следование структуры и физико-химических свойств композитов различ- ного процентного состава с помощью методов элементного анализа, ИК- и КР-спектроскопии и электронной микроскопии. Показано, что ВОГ обла- дает высокой стабильностью при длительном циклировании в режиме за- ряд—разряд, но низкими показателями ёмкости (≅ 22 Ф/г); чистый ПАни, наоборот, имеет высокую удельную ёмкость в пределах 800—850 Ф/г и не- достаточную устойчивость при заряд-разрядном циклировании. Ёмкост- ные показатели и стабильность при продолжительных гальваностатиче- ских испытаниях композитов ПАни-ВОГ занимают промежуточные зна- чения по сравнению с составляющими их компонентами. Из трёх иссле- дованных композитов наиболее устойчивым к циклированию и обладаю- щим приемлемыми ёмкостными показателями (более 300 Ф/г) является состав 70 вес.% ПАни и 30 вес.% ВОГ. Розроблено методики одержання композитів на основі відновленого НВЧ- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2015, т. 13, № 1, сс. 37—57 © 2015 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 38 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. опроміненням оксиду графену і сполученого полімеру – поліаніліну (ПАні-ВОГ), що володіють високою питомою місткістю при їх викорис- танні в якості електродів суперконденсаторів. Проведено дослідження структури і фізико-хімічних властивостей композитів різного процентно- го складу за допомогою методів елементного аналізу, ІЧ- і КР- спектроскопії й електронної мікроскопії. Показано, що ВОГ володіє висо- кою стабільністю при тривалому циклюванні в режимі заряд—розряд, але низькими показниками місткости (≅ 22 Ф/г); чистий ПАні, навпаки, має високу питому місткість в межах 800—850 Ф/г і недостатню стійкість при заряд-розрядному циклюванні. Місткісні показники і стабільність при тривалих гальваностатичних випробуваннях композитів ПАні-ВОГ ма- ють проміжні значення в порівнянні з компонентами, які складають їх. З трьох досліджених композитів найбільш стійким до циклювання і таким, що володіє прийнятними місткісними показниками (більше 300 Ф/г), є склад із 70 ваг.% ПАні і 30 ваг.% ВОГ. The composites of polyaniline with reduced graphene oxide (PAni-RGO) are obtained. The structure and physicochemical properties of the composites are studied by means of the methods of elemental analysis, IR and Raman spec- troscopy, and electron microscopy. The composites are also tested as elec- trodes for supercapacitors. As shown, the RGO has high stability during pro- longed charge—discharge cycling, but low specific capacitance (≅ 22 F/g), and vice versa, the PAni has a high specific capacitance (800 F/g), but low stabil- ity in the charge—discharge cycling. Capacitance and stability of the PAni- RGO composites take intermediate values as compared with their constitu- ents. As revealed, the composition of 70 wt.% PAni and 30 wt.% RGO is the most stable in cycling. The specific capacitance for this composition is found to be 300 F/g. Ключевые слова: восстановленный оксид графена, полианилин, супер- конденсатор, композиты. (Получено 5 декабря 2014 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Суперконденсаторы (СК), также известные как ионисторы, – это устройства для аккумулирования электрической энергии, принцип действия которых основан на обратимом образовании двойного электрического слоя (ДЭС) на границе электрод/электролит (рис. 1), поэтому их называют ещё электрохимическими конденсатора- ми. ДЭС можно рассматривать как конденсатор с двумя обкладка- ми, ёмкость которого пропорциональна площади обкладок и обрат- но пропорциональна расстоянию между ними. Поскольку толщина ДЭС (то есть расстояние между обкладками конденсатора) крайне мала (несколько нанометров), запасённая СК энергия может, как минимум, в тысячу раз превышать энергию, накопленную электрическим конденсатором при той же массе и КОМПОЗИ размерах занимаю ями и эл электрич импульс имущест ит отмет держива 20 лет в ность и в Потен разны. С автомоби ных, при жений. К приложе стоянной (наприм условиях В наст конденса гой стор ванию р сатора, с родных фен и др стью и вы материал тационн Рис. 1. Сх ИТНЫЕ МАТЕР х, благода ют промеж лектрическ ческой ём сную мощн тв СК пере тить высо ать сотни т режиме по взрывобезо нциальные СК являют ильных си иборов мед Кроме того ений, кото й функции мер, систем х). тоящее вре аторов с до роны, числ различных стремитель нанострук р.), обладаю ысокой пр лов будут ные параме хематическо РИАЛЫ НА О аря чему С уточную н кими конд костью, а ность за ко д другими окую скоро тысяч цикл остоянной опасность. области п тся идеаль истем упра дицинског о, СК в соче орые требу и и импуль ма запуска емя промы овольно хо о открыты материало ьно растёт ктур (углер ющих одно оводимост иметь бол етры. ое устройст ОСНОВЕ ОКСИ СК и получ нишу межд денсаторам а последни ороткий пр и аккумули ость заряд лов заряд— нагрузки) применени ьными для авления, го назначе етании с ак уют низкой ьсной мощ а автомоби ышленност орошими х ых публика ов в качес т. Связано родные на овременно тью. Ожида лее высоки тво СК c двой ИДА ГРАФЕНА чили прист ду аккумул ми, первые ие способны ромежуток ирующими да—разряда —разряд (мо ), малый в ия СК чре я портатив беспроводн ния и мно ккумулято й мощност щности для ильного дв ть уже осво характерис аций, посв стве электр это с откр нотрубки, высокой у ается, что ие энергети йным элект А И ПОЛИАН тавку «суп ляторными обладают ы давать к времени. и устройств а, способн огут работа ес, низкую звычайно вной элект ной перед огих други орами подх ти разряда пиковых н игателя в оила выпус стиками [1 вящённых родов супер ытием нов нановолок удельной п СК на осно ические и трическим с НИЛИНА 39 пер-». СК и батаре- высокой высокую . Из пре- вами сто- ность вы- ать более ю токсич- разнооб- троники, ачи дан- их прило- ходят для а для по- нагрузок суровых ск супер- 1]. С дру- исследо- рконден- вых угле- кна, гра- поверхно- ове таких эксплуа- слоем. 40 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. В качестве электродного материала в выпускаемых СК в основ- ном применяются различные марки активированных углей. Пори- стые углеродные материалы имеют длительный жизненный цикл и хорошие механические свойства, но недостаточно высокую удель- ную ёмкость. Ёмкость ДЭС активированных углей в органических электролитах составляет 100—120 Ф/г, а в водных электролитах 150—300 Ф/г [2]. Для увеличения удельной ёмкости СК предлагается добавлять в углеродные материалы вещества, обладающие высокой фарадеев- ской псевдоёмкостью, в таких соединениях накапливание энергии происходит за счёт обратимых окислительно-восстановительных реакций. Высокими псевдоёмкостными характеристиками облада- ют некоторые оксиды переходных металлов (RuO2, MnO2, CoO2, NiO2 и др.). Например, RuO2 показал высокую удельную ёмкость (700—1300 Ф/г) и отличную обратимость [3]. Однако высокая стои- мость и токсичность большинства соединений переходных метал- лов значительно ограничивают их практическое применение. Другой класс соединений, обладающих высокой фарадеевской ёмкостью, представляют проводящие полимеры (полиацетилен, полианилин, политиофен и др.). Они известны своей высокой гиб- костью и относительно высокой удельной ёмкостью. Среди этих ма- териалов полианилин (ПАни) рассматривается как один из наибо- лее перспективных материалов из-за его низкой стоимости, неток- сичности, лёгкости синтеза и относительно высокой проводимости (рис. 2) [4]. Создание композитов на основе углеродных наноматериалов и Рис. 2. Электрохимические переходы в полианилине. КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 41 проводящих полимеров, таких как полианилин, позволяет объеди- нить в одном материале достоинства, которыми обладают оба ком- понента композитного материала. Углеродные наноматериалы имеют хорошие механические свойства, и многократные процессы заряда-разряда практически не влияют на их удельную ёмкость, которая, к сожалению, недостаточно высока. Проводящие полимеры, наоборот, известны своей высокой удельной ёмкостью, но неустойчивы при циклировании. Композит ПАни с углеродными наноматериалами наследует лучшие каче- ства, присущие его составляющим. Так, для композита ПАни с уг- леродными нановолокнами величина удельной ёмкости составила 264 Ф/г [5], с одностенными нанотрубками – 350—485 Ф/г [6—8], с многостенными нанотрубками – 322—606 Ф/г [9—10]. Что касается композитов ПАни с оксидом графена (ОГ) или восстановленным ок- сидом графена (ВОГ), то ситуация здесь ещё более оптимистичная – в литературе приводятся значения от 210 до 1130 Ф/г [11—24]. Определяющими факторами для использования именно ВОГ в ка- честве углеродной матрицы композитов с ПАни является низкая стоимость ОГ, возможность производства в существенных количе- ствах и удобство работы с этим материалом. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Синтез оксида графита Оксид графита готовили модифицированным методом Хаммерса по методике, описанной в работе [25]. 2.2. Приготовление водной суспензии оксида графита Типичная процедура подготовки суспензий заключалась в смеши- вании ОГ (100 мг) в виде порошка с водой (100 мл) в стеклянной колбе. Плёнки ОГ толщиной 200—300 мкм готовили путём осажде- ния из водных суспензий выпариванием. Отделение плёнок от стеклянных подложек проводили механически. 2.3. Получение восстановленного оксида графена СВЧ-излучением Плёнку ОГ площадью около 1 см 2 помещали в глубокий кварцевый сосуд, на открытую часть которого устанавливали фильтр из хлоп- чатобумажной ткани, предназначенный для улавливания продук- тов взрыва. Затем кварцевый сосуд помещали в микроволновую печь (2450 мГц, 900 Вт) и проводили нагрев до момента взрыва, по- сле чего собирали полученный продукт (ВОГ) в виде рыхлого по- 42 С. А рошка. О 2.4. Синт Были си вым про Синтез к цией ани на сульф в ультра кислоту охлажда по капля эквимол чение 4 образова вали дис для удал при 60°C дисперсн вом. 2.5. При Посколь высокод применя ПАни-ВО гексафто 10 вес.% ёмкость, Рис. 3. Оп дукт взры А. БАСКАКО ОГ и проду тез композ интезирова центным с композито илина в пр фата и ВОГ азвуковой до значени али на ледя ям вводили лярном соо часов в ук авшийся о стиллирова ления низк C в течени ный порош готовлени ьку ВОГ, П дисперсные яли следую ОГ добави орпропиле % электроп , содержащ птические ф ыва– ВОГ. ОВ, А. Д. ЗОЛ кт взрыва зитов ПАни аны компо соотношен в проводи рисутствии Г суспендир ванне. До ия pH реак яной бане д и 50 мл во отношении казанном в садок цент анной водо комолекуля ие 24 часов шок чёрног ие электрод ПАни и ком е порошки ющую мет ли 20 вес. ен (ПВДФ- проводящей щую 1 мл N фотографии ЛОТАРЕНКО (ВОГ) мож и-ВОГ озиты трёх ием ПАни ли in situ и ВОГ. Расс ровали в 5 обавляли кционной с до −2 ± 2°C дного раст и с анилино выше темп трифугиро ой, изопроп ярного ПА в композит го цвета с н дов мпозиты П и, для удобн тодику. В .% сополи -ГФП) в ка й сажи VU N-метилпи и плёнки ОГ О, Ю. В. БАС жно видеть х составов и:ВОГ – 85 окислител считанное 0 мл дисти концентри смеси не вы C. При охла твора персу ом. Реакци пературном овали и мн пиловым с Ани. Отмыт т представ небольшим Пани-ВОГ п ного нанес состав 70 мера поли ачестве свя ULCAN® X рролидона Г до обработк СКАКОВА и д на рис. 3. с различн 5:15, 70:30 льной поли количеств иллированн ированную ыше 2. Зат аждении м ульфата ам ию проводи м диапазон ногократно пиртом и а тый и высу влял собой м фиолетов представля сения на эл 0 вес.% ко ивинилиден язующего C72. В стек а (раствори ки в СВЧ-пе др. ным весо- 0 и 50:50. имериза- во анили- ной воды ю серную тем смесь медленно, ммония в или в те- не. Далее о промы- ацетоном ушенный й высоко- ым отли- яют собой лектроды омпозита нфторид- агента и клянную итель для ечи и про- КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 43 ПВДФ-ГФП), добавляли 10 мг сажи и обрабатывали в ультразвуко- вой ванне до образования однородной суспензии. Затем вводили 20 мг ПВДФ-ГФП и продолжали УЗ-облучение до полного растворе- ния полимера. В образовавшийся раствор добавляли 70 мг компо- зита Пани-ОГ и обрабатывали 15 минут в УЗ-ванне. Полученную массу наносили на стеклоуглеродную пластину (марки СУ-2000) размером 1×4 см. Изготовленный таким образом электрод сушили на воздухе при 60°C в течение 24 часов. 2.6. Измерение ёмкостных характеристик композитов и их отдельных компонентов Измерение зарядно-разрядных характеристик было проведено в электрохимической трёхкамерной стеклянной ячейке в атмосфере воздуха при комнатной температуре (21—22°C) в 1М-водном раство- ре H2SO4. Пространства рабочего и вспомогательного электродов были раз- делены пористой стеклянной перегородкой. Вспомогательным электродом служила стеклоуглеродная пластина (марки СУ-2000) размером 1×4 см, электродом сравнения – хлорсеребряный элек- трод (ЭСр-10103). Все потенциалы в тексте приведены относительно электрода сравнения. Измерения проводили на потенциостате P-8S (ООО «Элинс»). 2.7. Пакетная сборка опытных образцов СК Сборку опытных моделей суперконденсаторов, в которых в каче- стве электролита использовали 30% водный раствор H2SO4, прово- дили в мягком корпусе типа «пакет». Это необходимо для исключе- ния коррозионных процессов, которые могут иметь место при сбор- ке в металлических корпусах. Такой СК представляет собой квад- ратный пакет (рис. 4) из фольгированной плёнки, внутрь которого помещается начинка СК и выведены 2 медных контакта. Начинка состояла из двух пластин стеклоуглерода (марки СУ-2000) разме- рами 2×2 см, на которые нанесён слой электродной массы. Высушенную электродную массу перед сборкой СК пропитывали 30% водным раствором H2SO4, далее между пластинами помещали слой сепаратора (Nafion® 212). Размер сепаратора на 1 мм превы- шал размеры электродных пластин, чтобы исключить возможность замыкания электродов. Таким образом, собранная начинка поме- щалась в пакет. Кромки пакета запаивали с помощью настольного запайщика пакетов СNT-200 и для плотного контакта между элек- тродами пакет обжимали с помощью зажимов. Внешний вид образ- цов можно видеть на рис. 5. 44 С. А 2.8. Ресу Ресурсны рованном токе раз электрох 2.9. Мето 1. Для о Рис. 4. Фо Рис. 5. Ст А. БАСКАКО урсные исп ые испыта м стенде « ряда 1 мА химически оды анали пределени отография л тенд «Заряд ОВ, А. Д. ЗОЛ пытания оп ания образц «Заряд-8К . Стенд поз их ячеек (р иза ия содержа лабораторны д-8К» в проц ЛОТАРЕНКО пытных об цов СК вып К» в гальва зволяет од рис. 5). ания C, H и ых образцов цессе испыт О, Ю. В. БАС бразцов СК полнялись аностатиче дновременн и O исполь в СК и схема тания пакет СКАКОВА и д К ь на компью еском реж но испыты ьзовали ана а пакетной ных СК. др. ютеризи- жиме при ывать до 8 ализатор сборки. КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 45 ‘Elementar Vario Cube’. Определение удельной поверхности образ- цов проводили по низкотемпературной адсорбции азота на приборе Autosorb-1 (Quantachrome Corp.). 2. ИК-спектры измеряли с помощью фурье-спектрометра Perkin Elmer Spectrum 100 с приставкой UATR в диапазоне 4000—675 см −1. 3. Микрофотографии исследуемых образцов получали с помощью сканирующего электронного микроскопа Zeiss LEO SUPRA 25. 4. Спектры комбинационного рассеяния (КР) возбуждали лазер- ным излучением с λ = 976 нм и регистрировали с помощью прибора NXT FT-Raman 9650. 2.10. Результаты эксперимента и их обсуждение Структура и физико-химические свойства композитов, ПАни и ВОГ. Результаты элементного анализа и измерения удельной по- верхности представлены в табл. 1. Видно, что микроволновая (СВЧ) обработка ОГ существенно уменьшает содержание в образце кисло- рода и водорода и увеличивает удельную поверхность (см. также [26]). Наиболее развитую поверхность имеет ВОГ – 600 м 2/г, наимень- шую – чистый ПАни – 12,8 м 2/г. Удельные поверхности компози- тов ПАни-ВОГ (85:15 вес.%), ПАни-ВОГ (70:30 вес.%) и ПАни-ВОГ (50:50 вес.%) занимают промежуточные значения по принципу – чем больше процентное содержание ВОГ, тем выше поверхность (29,5, 123,0 и 143,4 м 2/г соответственно). На рисунке 6, кривая 1 представлен ИК-спектр исходного ОГ. Полученный нами спектр совпадает с полученным в работе [27], но отличается заметно меньшей интенсивностью полосы поглощения (ПП) при 980—930 см −1 от спектров, полученных авторами [28, 29]. Эту ПП обычно связывают с колебаниями эпоксидных групп. В диапазоне 3000—3700 см −1 присутствует ряд перекрывающихся полос поглощения, которые, в соответствии с литературными дан- ными, можно приписать валентным колебаниям связей O—H. ПП при 1730 см −1 можно приписать к валентным колебаниям C=O в карбонильных группах и/или кетонах. ПП при 1620 см −1 естествен- но приписать к деформационным колебаниям молекул воды, а близкую ПП при 1590 см −1 – к разрешённым колебаниям колец ба- зисной плоскости. Согласно литературным данным, ПП при 1360−1380 см −1 связывают с колебанием связи C—OH, ПП при 1220— 1230 см −1 – с колебаниями группы С—О—С, ПП при 1060—1080 см −1 – с фенилгидроксильными группами. После обработки ОГ в мик- роволновой печи (ВОГ) все пики, характерные для ОГ, из спектра исчезли (кривая 2). Мы полагаем, что это связано с увеличением проводимости образца, поскольку по своей форме спектр ВОГ при- ближается к спектру графита (кривая 3). 46 С. А О при (рис. 7) ственно спектрах носитель ПАни к сти к кол что пере листами сторону Спект аттестац проявля близител шение и Прежд Можно д литерату ТАБЛИЦ исследова Образ ОГ ВОГ А. БАСКАКО исутствии х говорят по [30]. Боле х композит ьная доля композита лебаниям с еход от чис и ВОГ, соп более высо тры комби ции различ яется в вид льно 1310 нтегральн де всего, от думать, что уре привод ЦА 1. Удель анных обра зец Г Г Рис. 6. ОВ, А. Д. ЗОЛ хиноидных олосы погл ее того, ср та и чистог хиноидны ам увеличи связи S=O стого ПАн провождает оких волно национног чных угле е широких и 1580 см ых интенси тметим ма о это обусл дят спектр ная поверхн зцах. Содержа C 50,10 89,95 ИК-спектры ЛОТАРЕНКО х и бензои лощения п равнивая и го ПАни, м ых структ ивается. П в анионе S ни к ПАни тся сдвиго овых чисел го рассеян еродных с х D- и G-по м−1 (рис. 8) ивностей п алую интен ловлено осо ры КР, по ность и соде ание элемен O 44,81 4,19 ыОГ (1), ВО О, Ю. В. БАС идных кол при 1569 и интенсивно можно сдел тур при пе ПП при 107 2 4SO − . Можн и, интеркал ом этих по л на 7—8 см ния часто труктур. В олос с макс . Полушир приведены нсивность с обенностям олученные ержание не та,масс.% H 2,6 0,7 ОГ (2) и граф СКАКОВА и д лец в чисто и 1487 см −1 ости этих лать вывод ереходе от 72 см −1 мож но также о лированно олос погло −1. привлекаю ВОГ в спе симумами рины поло в табл. 2. сигнала КР ми экспери с использ которых эл Sу 69 73 фита (3). др. ом ПАни 1 соответ- полос на д, что от- т чистого жно отне- отметить, ому нано- ощения в ются для ектре КР при при- ос и отно- Р от ВОГ. имента (в зованием лементов в уд, м 2/г 20 600 КОМПОЗИ лазеров с Однак тры окси стенных Рис. 8. С ПАни-ВО Рис. 7. И вес.%) (2 ИТНЫЕ МАТЕР с меньшей ко снятые ида графит х углеродн пектры ком ОГ (50:50 вес ИК-спектры ), ПАни-ВО РИАЛЫ НА О й длиной во для сравне та, восстан ых нанотр мбинационн с.%); 3 – В образцов П ОГ (70:30 вес ОСНОВЕ ОКСИ олны). ения при а новленного рубок имею ного рассея ВОГ. ПАни (1) и с.%) (3),ПА ИДА ГРАФЕНА аналогичн о электрох ют более в ния: 1 – П и композито Ани-ВОГ (50 А И ПОЛИАН ных услови химически высокую и ПАни; 2 – ов ПАни-ВО 0:50 вес.%) НИЛИНА 47 иях спек- и, и одно- интенсив- композит ОГ (85:15 (4). 48 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. ность. Особо высокой интенсивностью отличается спектр ОСУНТ. Малую интенсивность спектров ВОГ мы связываем с малой насып- ной плотностью исследуемых образцов – в зону анализа попадает мало исследуемого вещества. Положение максимума полосы G на спектре ВОГ близко к тако- вому для графита (1582 см −1) [32, 37]. В случае исходного оксида графита в нашем случае эта полоса находится при 1589 см −1. В ли- тературе для оксида графита приводятся значения от 1582 до 1603 см−1. Мы полагаем, что при большой полуширине полосы (более 100 см−1) определённое с точностью до 1 см −1 положение её максимума вряд ли является надёжным параметром аттестации материала. За- висимости положения максимума от длины возбуждающего излу- чения также не наблюдается (табл. 2). Полуширина полосы G в графите равна 17 см −1 [36]. Большая ве- личина полуширины полосы G в случае ВОГ, по нашему мнению, связана с высокой дефектностью исследуемого образца. С высокой дефектностью образца связано и большое значение отношения ID/IG. В случае ВОГ оно равно 2,4 (см. табл. 2). В работе [37] изменение значения ID/IG связывают с размером участков с sp 2-гибридизацией. Мы также полагаем, что размеры плоских участков с sp 2-гибридизацией уменьшаются при взрывном ТАБЛИЦА 2. Положения, полуширины и отношение интегральных ин- тенсивностей основных полос в спектрах КР исследованных образцов. О бр аз ец D-полоса G-полоса С оо тн ош ен и е λ, н м И ст оч н и к П и к , см − 1 П ол у ш и р и н а, с м − 1 П и к , см -1 П ол у ш и р и н а, с м − 1 Г 1312 190 1583 110 2,4 976 SWNT 1278 26 1593 17 0,03 976 * ОГ 1320 100 1590 80 1,2 976 * ОГ 1334 1582 1,16 633 [31] ОГ 1350 1595 633 [32] ОГ 1347 1603 1,2 532 [33] ОГ 1363 1594 514 [34] ОГ 1375 1588 514 [35] ОГ 1593 83 514 [36] Примечание: * – настоящая работа. КОМПОЗИ восстано Таким дающаяс дящего м Рис. 9. Эл ПАни и к вес.%); е ИТНЫЕ МАТЕР овлении. м образом, ся тепловы материала а в д лектронные композитов – ПАни-ВО РИАЛЫ НА О простая м ым взрывом с высокой е микрофот : г – ПАни ОГ (50:50 ве ОСНОВЕ ОКСИ икроволно м, ведёт к й удельной тографии об и-ВОГ (85:1 ес.%). ИДА ГРАФЕНА овая обрабо формирова поверхнос бразцов: а – 5 вес.%); д А И ПОЛИАН отка ОГ, со анию новог стью. б г е – ОГ; б – – ПАни-В НИЛИНА 49 опровож- го прово- ВОГ; в — ВОГ (70:30 50 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. Спектры КР полимера и композита ПАни-ВОГ (50:50 вес.%) также представлены на рис. 9. Об отнесении пиков в спектре КР по- лианилина можно прочитать, например, в статьях [38—45]. Отме- тим здесь только то, что спектр композита близок к спектру поли- мера. Это связано с малой интенсивностью сигнала комбинацион- ного рассеяния ВОГ. Микрофотографии ОГ и ВОГ, полученные с помощью сканирую- щей электронной микроскопии, можно видеть на рис. 9, а, б. В ис- ходном ОГ видны плоские частицы, образованные параллельными плоскостями оксида графена. После взрывной обработки плоскости восстановленного оксида графена искривляются, что сохраняет их от схлопывания и обеспечивает высокую удельную поверхность ВОГ (≅ 600 м 2/г). На рисунке 9, в представлены микрофотографии полианилина и полученных композитов (г, д, е). Из рисунков видно, что с увеличе- нием процентного содержания полианилина морфология образцов существенно изменяется. Прежде всего, стоит отметить изменение текстуры полианилина, покрывающего слои ВОГ. Электрохимические свойства композитов, ПАни и ВОГ. На рисунке 10 представлены зарядно-разрядные кривые для ВОГ, ПАни и ком- позитов при величине используемого тока от 150 до 10000 мкА, при этом плотности токов изменяются в интервале от 0,135 до 8 А/г. По данным разрядных кривых для всех композитов и отдельных компонентов были рассчитаны удельные ёмкости. Расчёт ёмкости проводили по формуле sp It C m E = Δ , где I – ток разряда, t – время разряда, m – вес образца, ΔЕ – ин- тервал потенциалов. Из рисунка 10 видно, что максимальной ёмкостью обладает чи- стый ПАни, и при малых плотностях тока его удельная ёмкость превышает 800 Ф/г. Однако псевдоёмкость ПАни значительно снижается при увеличении плотности тока, так, при значении в 3 А/г ёмкость снижается на 50%. Минимальные значения ёмкости наблюдаются у образца ВОГ (около 24 Ф/г), но ёмкость ВОГ слабо зависит от плотности тока и практически не меняется до значений 4 А/г. Ёмкости композитов ПАни-ВОГ занимают промежуточные зна- чения – от 250 до 550 Ф/г. Причём, чем больше процентное содер- жание полианилина в образце, тем выше ёмкость и тем сильнее проявляется зависимость от плотности тока. Испытания ресурсных возможностей образцов СК в пакетной сборке проводили в интервале потенциалов 0—0,8 В и при постоян- ном токе 1 мА. КОМПОЗИ Рис. 10. З в – ПАн ВОГ (70:3 считанны ИТНЫЕ МАТЕР а в д Зарядно-раз ни-ВОГ (85: 30 вес.%) (п ые удельные РИАЛЫ НА О зрядные кр 15 вес.%); плотности т е ёмкости об ОСНОВЕ ОКСИ ривые: а – г – ПАни- тока в А/г у бразцов как ИДА ГРАФЕНА ВОГ; б – П -ВОГ (50:50 указаны на к функции п А И ПОЛИАН б г е ПАни и ком 0 вес.%); д а графиках) плотности то НИЛИНА 51 мпозитов: – ПАни- ; е – рас- ока. 52 С. А Рис. 11. З ВОГ; б – ВОГ (70:3 кривых (в А. БАСКАКО а в Зависимост – ПАни и к 30 вес.%); д вставка). ОВ, А. Д. ЗОЛ ь ёмкости о омпозитов: д – ПАни-В ЛОТАРЕНКО д от количест в – ПАни ВОГ (50:50 в О, Ю. В. БАС тва циклов з и-ВОГ (85:15 вес.%) и вид СКАКОВА и д б г заряда—разр 5 вес.%); г д зарядно-р др. ряда: а – – ПАни- разрядных КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 53 Зависимость ёмкости от количества циклов заряда—разряда для образцов и вид заряд—разрядных кривых (на вставке) приведены на рис. 11. Стоит отметить высокую устойчивость к циклированию восста- новленного оксида графена, на протяжении 3000 циклов наблюда- ется монотонный прирост ёмкости. Из композитов наиболее устойчивым при циклировании и обла- дающим приемлемой ёмкостью является состав ПАни-ВОГ 70:30 вес.%. 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проделанных экспериментов были разработаны мето- дики получения композитов на основе восстановленного СВЧ- облучением оксида графена и полианилина (ПАни-ВОГ), обладаю- щих высокой удельной ёмкостью при их использовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено исследование структу- ры и физико-химических свойств композитов различного процент- ного состава с помощью широкого набора методов анализа. Показа- но, что ВОГ обладает высокой стабильностью при длительном цик- лировании в режиме заряд—разряд, но низкими показателями ём- кости (≅ 22 Ф/г), а чистый ПАни, наоборот, имеет высокую удель- ную ёмкость пределах 800—850 Ф/г и недостаточную устойчивость при циклировании. Ёмкостные показатели и стабильность при про- должительных гальваностатических испытаниях ПАни-ВОГ-ком- позитов занимают промежуточные значения по сравнению с со- ставляющими их компонентами. Из трёх исследованных компози- тов наиболее устойчивым к циклированию и обладающим прием- лемыми ёмкостными показателями (более 300 Ф/г) является состав 70 вес.% ПАни и 30 вес.% ВОГ. Отметим, что предложенный приём введения ВОГ в состав элек- тродной массы является достаточно универсальным для создания развитого токоотвода и стабилизации электродных характеристик и может быть использован для приготовления электродных мате- риалов на основе кобальтита лития (в том числе модифицированно- го другими оксидами металлов) в литий-ионных аккумуляторах. Предварительные исследования в рамках ГК № 16.513.11.3038 от 12.04.2011 показали, что возможна модификация электродного материала путём введения ВОГ, полученного химическим восста- новлением оксида графена гидразином. В этом случае тонкоиз- мельчённый электродный материал LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 можно вводить в водную дисперсию ВОГ, а затем подвергать длительной обработке в ультразвуковой ванне. После ультрацентрифугирова- ния и сушки в состав полученного композита вводят 20 вес.% сопо- лимера поливинилиденфторид-гексафторпропилен (ПВДФ-ГФП) в 54 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. качестве связующего агента. При этом не требовалось введения то- копроводящей добавки сажи, так как ВОГ обладает высокой прово- димостью и равномерно распределяется в электродной массе. Полу- ченную массу наносили на стеклоуглеродную пластину (марки СУ- 2000) размером 1×4 см. Изготовленный таким образом электрод сушили на воздухе при 60°C в течение 24 часов. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №12-03-90916- мол_снг_нр, грант № 12-03-00261-а), а также в рамках госпрограм- мы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» (мероприятие 1.3 «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов») при финансовой под- держке ГК № 16.513.11.3038 от 12.04.2011. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. А. Панкрашин, Компоненты и технологии, № 9: 12 (2006). 2. P. Simon and Y. Gogotsi, Nature Mater., 7, No. 11: 845 (2008). 3. C.-C. Hu, K.-H. Chang, M.-C. Lin, and Y.-T. Wu, Nano Lett., 6, No. 12: 2690 (2006). 4. Y. G. Wang, H. Q. Li, and Y. Y. Xia, Adv. Mater., 18, No. 19: 2619 (2006). 5. J. Zhang, L.-B. Kong, B. Wang, Y.-C. Luo, and L.Kang, Synth. Metals, 159, Nos. 3—4: 260 (2009). 6. M. Cochet, G. Louarn, S. Quillard, J. P. Buisson, and S. Lefrant, J. of Raman Spectroscopy, 31, No. 12: 1041 (2000). 7. X. S. Du, M. Xiao, and Y. Z. Meng, European Polymer Journal, 40, No. 7: 1489 (2004). 8. S. R. Sivakkumar, W. J. Kim, J. A. Choi, D. R. MacFarlane, M. Forsyth, and D.-W. Kim, J. of Power Sources, 171, No. 2: 1062 (2007). 9. Y. Sun, S. R. Wilson, and D. I. Schuster, JACS, 123, No. 22: 5348 (2001). 10. Y.-G. Wang, H.-Q. Li, and Y.-Y. Xia, Adv. Mater., 18, No. 19: 2619 (2006). 11. Da-Wei Wang, Feng Li, Jinping Zhao, Wencai Ren, Zhi-Gang Chen, Jun Tan, Zhong-Shuai Wu, Ian Gentle, Gao Qing Lu, and Hui-Ming Cheng, ACS Nano, 3, No. 7: 1745 (2009). 12. Hualan Wang, Qingli Hao, Xujie Yang, Lude Lu, and Xin Wang, ACS Appl. Ma- ter. Interfaces, 2, No. 3: 821 (2010). 13. Qiong Wu, Yuxi Xu, and Zhiyi Yao, ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, No. 4: 1963 (2010). 14. Jingjing Xu, Kai Wang, Sheng-Zhen Zu, Bao-Hang Han, and Zhixiang Wei, ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, No. 9: 5019 (2010). 15. Jun Yan, Tong Wei, Bo Shao, Zhuangjun Fan, Weizhong Qian, Milin Zhang, and Fei Wei, Carbon, 48, No. 2: 487 (2010). 16. L. Mao, K. Zhang, H. S. O. Chan, and J. S. Wu, J. of Materials Chem., 22, No. 1: 80 (2012). 17. J. Li, H. Q. Xie,Y. Li, J. Liu, and Z. X. Li, J. of Power Sources, 196, No. 24: 10775 (2011). 18. X. J. Lu, H. Dou, S. D. Yang, L. Hao, L. J. Zhang, L. F. Shen, F. Zhang, and X. G. Zhang, Electrochimica Acta, 56, No. 25: 9224 (2011). 19. H. L. Wang, Q. L. Hao, X. J. Yang, L. D. Lu, and X. A Wang, Nanoscale, 2, КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 55 No. 10: 2164 (2010). 20. K. Zhang, L. L. Zhang, X. S. Zhao, and J. S. Wu, Chemistry of Materials, 22, No. 4: 1392 (2010). 21. J. Yan, T. Wei, Z. J. Fan, W. Z. Qian, M. L. Zhang, X. D. Shen, and F. Wei, J. of Power Sources, 195, No. 9: 3041 (2010). 22. S. Liu, X. H. Liu, Z. P. Li, S. R. Yang, and J. Q. Wang, New Journal of Chemistry, 35, No. 2: 369 (2011). 23. H. Gomez, M. K. Ram, F. Alvi, P. Villalba, E. Stefanakos, and A. Kumar, J. of Power Sources, 196, No. 8: 4102 (2011). 24. Yu. M. Shulga, S. A. Baskakov, V. V. Abalyaeva, O. N. Efimov, N. Yu. Shulga, A. Michtchenko, L. Lartundo-Rojas, L. A. Moreno, J. G. Cabanas-Moreno, and V. N. Vasilets, J. of Power Sources, 224: 195 (2013). 25. В. Е. Мурадян, М. Г. Езерницкая, В. И. Смирнова, Н. М Кабаева и др., Журнал общей химии, 61, № 12: 2626 (1991). 26. Ю. М. Шульга, С. А. Баскаков, Н. Н. Дремова, Н. Ю. Шульга, Е. А. Скрылева, Фундаментальная и прикладная физика, № 01: 7 (2012). 27. Y. Si and E. T. Samulski, Nano Lett., 8: 1679 (2008). 28. H.-K. Jeong, Y. P. Lee, M. H. Jin et al., Chem. Phys. Lett., 470: 255 (2009). 29. L. J. Cote, R. Cruz-Silva, and J. Huang, J. Am. Chem. Soc., 131: 11027 (2009). 30. Show-An Chen and Hsun-Tsing Lee, Macromolecules, 28: 2858 (1995). 31. S. Hong, S. Jung, S. Kang, Y. Kim, X. Chen, S. Stankovich, S. R. Ruoff, and S. Baik, J. of Nanoscience and Nanotechnology, 8: 424 (2008). 32. G. Wang, J. Yang, J. Park, X. Gou, B. Wang, H. Liu, and J. Yao, J. Phys. Chem. C, 112: 8192 (2008). 33. Y. Matsumoto, M. Koinuma, S. Y. Kim, Y. Watanabe, T. Taniguchi, K. Hatakeyama, H. Takiishi, and S. Ida, Appl. Mater. Interfaces, 2, No. 12: 3461 (2010). 34. S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner, K. A. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S. B. T. Nguen, and S. R. Ruoff, Carbon, 45: 1558 (2007). 35. T. S. Sreeprasad, A. K. Samal, and T. Pradeep, J. Phys. Chem. C, 113: 1727 (2009). 36. K. N. Kudin, B. Ozbas, H. C. Schniepp, R. K. Prud’homme, I. A. Aksay, and R. Car, Nano Lett., 8, No. 1: 36 (2008). 37. W. Cai, R. D. Piner, Y. Zhu, X. Li, Z. Tan, H. C. Floresca, C. Yang, L. Lu, M. J. Kim, and R. S. Ruoff, Nano Res., 2: 851 (2009). 38. Y. Furukawa, F. Ueda, Y. Hyodo, I. Harada, T. Nakajima, and T. Kawagoe, Macromolecules, 21: 1297 (1988). 39. M. Lapkowski, K. Berrada, S. Quillard, J. G. Louarn, and S. Lefrant, Macromolecules, 28: 1233 (1995). 40. S. Quillard, G. Louarn, J. P. Buisson, S. Lefrant, J. Masters, and A. G. MacDiarmid, Synth. Metals, 49—50: 525 (1992). 41. S. Quillard, G. Louarn, S. Lefrant, and A. G. MacDiarmid, Phys. Rev. B, 50: 12496 (1994). 42. M.-C. Bernard and A. Hugot-Le Goff, Synth. Metals, 85, Iss. 1—3: 1145 (1997). 43. M. Cochet, G. Louarn, S. Quillard, J. P. Buisson, and S. J. Lefrant, Raman Spectrosc., 31: 1041 (2000). 44. L. D. Arsov, W. Plieth, and G. Koumehl, J. Solid State Electrochem., 2: 355 (1998). 45. Lijuan Zhang and Meixiang Wan, J. Phys. Chem. B, 107: 6748 (2003). REFERENCES 1. A. Pankrashin, Komponenty i Tekhnologii, No. 9: 12 (2006) (in Russian). 56 С. А. БАСКАКОВ, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО, Ю. В. БАСКАКОВА и др. 2. P. Simon and Y. Gogotsi, Nature Mater., 7, No. 11: 845 (2008). 3. C.-C. Hu, K.-H. Chang, M.-C. Lin, and Y.-T. Wu, Nano Lett., 6, No. 12: 2690 (2006). 4. Y. G. Wang, H. Q. Li, and Y. Y. Xia, Adv. Mater., 18, No. 19: 2619 (2006). 5. J. Zhang, L.-B. Kong, B. Wang, Y.-C. Luo, and L.Kang, Synth. Metals, 159, Nos. 3—4: 260 (2009). 6. M. Cochet, G. Louarn, S. Quillard, J. P. Buisson, and S. Lefrant, J. of Raman Spectroscopy, 31, No. 12: 1041 (2000). 7. X. S. Du, M. Xiao, and Y. Z. Meng, European Polymer Journal, 40, No. 7: 1489 (2004). 8. S. R. Sivakkumar, W. J. Kim, J. A. Choi, D. R. MacFarlane, M. Forsyth, and D.-W. Kim, J. of Power Sources, 171, No. 2: 1062 (2007). 9. Y. Sun, S. R. Wilson, and D. I. Schuster, JACS, 123, No. 22: 5348 (2001). 10. Y.-G. Wang, H.-Q. Li, and Y.-Y. Xia, Adv. Mater., 18, No. 19: 2619 (2006). 11. Da-Wei Wang, Feng Li, Jinping Zhao, Wencai Ren, Zhi-Gang Chen, Jun Tan, Zhong-Shuai Wu, Ian Gentle, Gao Qing Lu, and Hui-Ming Cheng, ACS Nano, 3, No. 7: 1745 (2009). 12. Hualan Wang, Qingli Hao, Xujie Yang, Lude Lu, and Xin Wang, ACS Appl. Ma- ter. Interfaces, 2, No. 3: 821 (2010). 13. Qiong Wu, Yuxi Xu, and Zhiyi Yao, ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, No. 4: 1963 (2010). 14. Jingjing Xu, Kai Wang, Sheng-Zhen Zu, Bao-Hang Han, and Zhixiang Wei, ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, No. 9: 5019 (2010). 15. Jun Yan, Tong Wei, Bo Shao, Zhuangjun Fan, Weizhong Qian, Milin Zhang, and Fei Wei, Carbon, 48, No. 2: 487 (2010). 16. L. Mao, K. Zhang, H. S. O. Chan, and J. S. Wu, J. of Materials Chem., 22, No. 1: 80 (2012). 17. J. Li, H. Q. Xie,Y. Li, J. Liu, and Z. X. Li, J. of Power Sources, 196, No. 24: 10775 (2011). 18. X. J. Lu, H. Dou, S. D. Yang, L. Hao, L. J. Zhang, L. F. Shen, F. Zhang, and X. G. Zhang, Electrochimica Acta, 56, No. 25: 9224 (2011). 19. H. L. Wang, Q. L. Hao, X. J. Yang, L. D. Lu, and X. A Wang, Nanoscale, 2, No. 10: 2164 (2010). 20. K. Zhang, L. L. Zhang, X. S. Zhao, and J. S. Wu, Chemistry of Materials, 22, No. 4: 1392 (2010). 21. J. Yan, T. Wei, Z. J. Fan, W. Z. Qian, M. L. Zhang, X. D. Shen, and F. Wei, J. of Power Sources, 195, No. 9: 3041 (2010). 22. S. Liu, X. H. Liu, Z. P. Li, S. R. Yang, and J. Q. Wang, New Journal of Chemistry, 35, No. 2: 369 (2011). 23. H. Gomez, M. K. Ram, F. Alvi, P. Villalba, E. Stefanakos, and A. Kumar, J. of Power Sources, 196, No. 8: 4102 (2011). 24. Yu. M. Shulga, S. A. Baskakov, V. V. Abalyaeva, O. N. Efimov, N. Yu. Shulga, A. Michtchenko, L. Lartundo-Rojas, L. A. Moreno, J. G. Cabanas-Moreno, and V. N. Vasilets, J. of Power Sources, 224: 195 (2013). 25. V. E. Muradyan, M. G. Ezernitskaya, V. I. Smirnova, N. M. Kabaeva et al., Zhurnal Obshchey Khimii, 61, No. 12: 2626 (1991) (in Russian). 26. Y. M. Shulga, S. A. Baskakov, N. N. Dremova, N. Y. Shulga, and E. A. Skryleva, Fundamentalnaya i Prikladnaya Fizika, No. 01: 7 (2012) (in Russian). 27. Y. Si and E. T. Samulski, Nano Lett., 8: 1679 (2008). 28. H.-K. Jeong, Y. P. Lee, M. H. Jin et al., Chem. Phys. Lett., 470: 255 (2009). 29. L. J. Cote, R. Cruz-Silva, J. Huang, J. Am. Chem. Soc., 131: 11027 (2009). 30. Show-An Chen and Hsun-Tsing Lee, Macromolecules, 28: 2858 (1995). 31. S. Hong, S. Jung, S. Kang, Y. Kim, X. Chen, S. Stankovich, S. R. Ruoff, and КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГРАФЕНА И ПОЛИАНИЛИНА 57 S. Baik, J. of Nanoscience and Nanotechnology, 8: 424 (2008). 32. G. Wang, J. Yang, J. Park, X. Gou, B. Wang, H. Liu, and J. Yao, J. Phys. Chem. C, 112: 8192 (2008). 33. Y. Matsumoto, M. Koinuma, S. Y. Kim, Y. Watanabe, T. Taniguchi, K. Hatakeyama, H. Takiishi, S. Ida, Appl. Mater. Interfaces, 2, No. 12: 3461 (2010). 34. S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner, K. A. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S. B. T. Nguen, S. R. Ruoff, Carbon, 45: 1558 (2007). 35. T. S. Sreeprasad, A. K. Samal, and T. Pradeep, J. Phys. Chem C, 113: 1727 (2009). 36. K. N. Kudin, B. Ozbas, H. C. Schniepp, R. K. Prud’homme, I. A. Aksay, and R. Car, Nano Lett., 8, No. 1: 36 (2008). 37. W. Cai, R. D. Piner, Y. Zhu, X. Li, Z. Tan, H. C. Floresca, C. Yang, L. Lu, M. J. Kim, and R. S. Ruoff, Nano Res., 2: 851 (2009). 38. Y. Furukawa, F. Ueda, Y. Hyodo, I. Harada, T. Nakajima and T. Kawagoe, Macromolecules, 21: 1297 (1988). 39. M. Lapkowski, K. Berrada, S. Quillard, J. G. Louarn, S. Lefrant, Macromolecules, 28: 1233 (1995). 40. S. Quillard, G. Louarn, J. P. Buisson, S. Lefrant, J. Masters, and A. G. MacDiarmid, Synth. Metals, 49—50: 525 (1992). 41. S. Quillard, G. Louarn, S. Lefrant, and A. G. MacDiarmid, Phys. Rev. B, 50: 12496 (1994). 42. M.-C. Bernard and A. Hugot-Le Goff, Synth. Metals, 85, Iss. 1—3: 1145 (1997). 43. M. Cochet, G. Louarn, S. Quillard, J. P. Buisson, and S. J. Lefrant, Raman Spectrosc., 31: 1041 (2000). 44. L. D. Arsov, W. Plieth, and G. Koumehl, J. Solid State Electrochem., 2: 355 (1998). 45. Lijuan Zhang and Meixiang Wan, J. Phys. Chem. B, 107: 6748 (2003).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87977
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:32:53Z
publishDate	2015
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Баскаков, С.А. Золотаренко, А.Д. Баскакова, Ю.В. Шульга, Ю.М. Щур, Д.В. Кузнецов, И.Е. Ефимов, О.Н. Гусев, А.Л. Дорошенко, С.В. 2015-11-05T18:47:16Z 2015-11-05T18:47:16Z 2015 Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости / С.А. Баскаков, А.Д. Золотаренко, Ю.В. Баскакова, Ю.М. Шульга, Д.В. Щур, И.Е. Кузнецов, О.Н. Ефимов, А.Л. Гусев, С.В. Дорошенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2015. — Т. 13, № 1. — С. 37–57. — Бібліогр.: 45 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers:68.37.Hk, 78.30.Na,78.67.Sc,78.67.Wj,81.05.ue,82.45.Yz, 82.47.Uv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87977 Разработаны методики получения композитов на основе восстановленного СВЧ-облучением оксида графена и сопряжённого полимера – полианилина (ПАни-ВОГ), обладающих высокой удельной ёмкостью при их использовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено исследование структуры и физико-химических свойств композитов различного процентного состава с помощью методов элементного анализа, ИК- и КР-спектроскопии и электронной микроскопии. Показано, что ВОГ обладает высокой стабильностью при длительном циклировании в режиме заряд—разряд, но низкими показателями ёмкости (≅ 22 Ф/г); чистый ПАни, наоборот, имеет высокую удельную ёмкость в пределах 800—850 Ф/г и недостаточную устойчивость при заряд-разрядном циклировании. Ёмкостные показатели и стабильность при продолжительных гальваностатических испытаниях композитов ПАни-ВОГ занимают промежуточные значения по сравнению с составляющими их компонентами. Из трёх исследованных композитов наиболее устойчивым к циклированию и обладающим приемлемыми ёмкостными показателями (более 300 Ф/г) является состав 70 вес.% ПАни и 30 вес.% ВОГ. Розроблено методики одержання композитів на основі відновленого НВЧ-опроміненням оксиду графену і сполученого полімеру – поліаніліну (ПАні-ВОГ), що володіють високою питомою місткістю при їх використанні в якості електродів суперконденсаторів. Проведено дослідження структури і фізико-хімічних властивостей композитів різного процентного складу за допомогою методів елементного аналізу, ІЧ- і КР-спектроскопії й електронної мікроскопії. Показано, що ВОГ володіє високою стабільністю при тривалому циклюванні в режимі заряд—розряд, але низькими показниками місткости (≅ 22 Ф/г); чистий ПАні, навпаки, має високу питому місткість в межах 800—850 Ф/г і недостатню стійкість при заряд-розрядному циклюванні. Місткісні показники і стабільність при тривалих гальваностатичних випробуваннях композитів ПАні-ВОГ мають проміжні значення в порівнянні з компонентами, які складають їх. З трьох досліджених композитів найбільш стійким до циклювання і таким, що володіє прийнятними місткісними показниками (більше 300 Ф/г), є склад із 70 ваг.% ПАні і 30 ваг.% ВОГ. The composites of polyaniline with reduced graphene oxide (PAni-RGO) are obtained. The structure and physicochemical properties of the composites are studied by means of the methods of elemental analysis, IR and Raman spectroscopy, and electron microscopy. The composites are also tested as electrodes for supercapacitors. As shown, the RGO has high stability during prolonged charge—discharge cycling, but low specific capacitance (≅ 22 F/g), and vice versa, the PAni has a high specific capacitance (800 F/g), but low stability in the charge—discharge cycling. Capacitance and stability of the PAni-RGO composites take intermediate values as compared with their constituents. As revealed, the composition of 70 wt.% PAni and 30 wt.% RGO is the most stable in cycling. The specific capacitance for this composition is found to be 300 F/g. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №12-03-90916-мол_снг_нр, грант № 12-03-00261-а), а также в рамках госпрограммы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» (мероприятие 1.3 «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов») при финансовой поддержке ГК № 16.513.11.3038 от 12.04.2011. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости New Composite Materials Based on the Recovered Oxide of Graphene and Polyaniline in Supercapacitors of High Capacity Article published earlier
spellingShingle	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости Баскаков, С.А. Золотаренко, А.Д. Баскакова, Ю.В. Шульга, Ю.М. Щур, Д.В. Кузнецов, И.Е. Ефимов, О.Н. Гусев, А.Л. Дорошенко, С.В.
title	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
title_alt	New Composite Materials Based on the Recovered Oxide of Graphene and Polyaniline in Supercapacitors of High Capacity
title_full	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
title_fullStr	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
title_full_unstemmed	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
title_short	Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
title_sort	новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87977
work_keys_str_mv	AT baskakovsa novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT zolotarenkoad novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT baskakovaûv novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT šulʹgaûm novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT ŝurdv novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT kuznecovie novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT efimovon novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT guseval novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT dorošenkosv novyekompozitnyematerialynaosnovevosstanovlennogooksidagrafenaipolianilinavsuperkondensatorahvysokoiemkosti AT baskakovsa newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT zolotarenkoad newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT baskakovaûv newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT šulʹgaûm newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT ŝurdv newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT kuznecovie newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT efimovon newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT guseval newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity AT dorošenkosv newcompositematerialsbasedontherecoveredoxideofgrapheneandpolyanilineinsupercapacitorsofhighcapacity

Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости

Institution

Similar Items