Анотація до роботи:

Федоришена О.М. Окисно-відновні реакції на напівпровідникових алмазних та алмазоподібних електродах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.05 – електрохімія. – Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, Київ, 2007.

Показано, що корозійна стійкість плівок а-С:Н, отриманих методом хімічного осадження з газової фази значною мірою залежить від параметрів синтезу та складу реакційної газової суміші.

Для монокристалів алмазу з домішками бору характерна широка область потенціалів з низькими фоновими струмами та низька електрохімічна активність.

Показано, що електроди на основі композитів із нано- та мікро кристалів алмазу зберігають такі властивості алмазу, як висока корозійна стійкість та широке “вікно” потенціалів з низькими фоновими струмами, але мають ряд переваг. А саме: вони електрохімічно більш активні, технологія їх синтезу недорога та дозволяє виготовити електроди складної конфігурації та великої площі.

В результаті проведених досліджень зроблено висновок про те, що найбільшу електрохімічну активність проявляють а-С плівки на кремнії, отримані методом магнетронного розпилення, а найбільшу корозійну стійкість мають монокристали синтетичного напівпровідникового алмазу. На основі отриманих електрохімічних характеристик досліджуваних матеріалів показана перспективність їх використання у якості електродних матеріалів та дані рекомендації щодо можливих областей використання у електрохімії.

1. Вперше вивчено електрохімічну поведінку алмазних та алмазоподібних матеріалів широкого призначення, синтезованих в інститутах Національної академії наук України. Досліджені вольтамперограми електродів, розроблених на основі цих матеріалів, в стандартних фонових електролітах (0,5 М H₂SO₄ та 1M KCl). Показано, що всі ці матеріали характеризуються широкою областю ідеальної поляризації (“вікном” потенціалів): близько 3,5 В для монокристалів алмазу; 1,8 В для полікристалічної алмазної плівки; 2,5 В для а-С та а-С:Н плівок; близько 3 В для композитів (МА, НА). Всі досліджені матеріали проявляють високу корозійну стійкість в кислотах та стандартних розчинах для корозійних випробувань, а також в умовах високих поляризацій. Для а-С:Н плівок корозійна стійкість залежить від параметрів синтезу; найбільшу корозійну стійкість проявляють плівки, отримані при напрузі –500 В та вмісті метану СН₄ у реакційній суміші ~70%.

2. Вивчено кінетику електродних реакцій у водних розчинах окисно-відновних систем K₃[Fe(CN)₆] – K₄[Fe(CN)₆] і Ce₂(SO₄)₃ - Ce(SO₄)₂ на електродах з різним питомим опором (r, Омсм): монокристалі алмазу (10³ Омсм), полікристалічній алмазній плівці (10⁹ Омсм), алмазоподібних а-С та а-С:Н плівках (10⁴-10⁶ Омсм), композитах НА та МА (10²-10³ Омсм). Встановлено пряму залежність електрохімічної активності матеріалів від їх питомого опору (за виключенням монокристалічного алмазу).

3. Показано, що за даними циклічної вольтамперометрії кінетика реакцій в системі [Fe(CN)₆]^3-/4- для електродів а-С та МА мало відрізняються від відомої для металічних електродів (платина). На МА електроді окисно-відновна реакція протікає оборотно за участю 1 електрона, а на а-С електроді – необоротно. Ще більш необоротні реакції в системі [Fe(CN)₆]^3-/4- на електродах а-С:Н. Розраховані кінетичні параметри реакцій (константа швидкості k_s, коефіцієнти переносу (a) b, I_pa та I_pк) вказують на напівпровідникову природу матеріалу електроду.

4. Реакції в розчині системи Се^3+/4+ на електроді а-С ще більш необоротні (DE_p = 0,7-1,3 В в залежності від швидкості поляризації v), а нерівність величин струмів анодного та катодного піків (I_pа = 2 I_pк ) свідчать про участь у реакції переносу заряду дірок.

На алмазних монокристалічних електродах окисно-відновні реакції протікають необоротно. Електрохімічно активною є грань [111], яка містить найбільш високу концентрацію бору.

5. Електроди на основі а-С та а-С:Н плівок, композитів МА та НА за електрохімічною активністю, “вікном” потенціалів та корозійною стійкістю є перспективними матеріалами при розробці незруйнованих електродів.

Публікації автора:

1. Новоселова И.А., Панов Э.В., Федоришена Е.Н., Романко Л.О., Гонтарь А.Г., Горохов В.Ю. Электрохимическое поведение и коррозия а-С:Н плёнок в нейтральных растворах. // Сверхтвердые материалы. 2002. №1. С. 2731. (Особистий внесок здобувача: дослідження електрохімічної поведінки та корозії а-С:Н плівок).

2. Новоселова И.А., Федоришена Е.Н., Оноприенко А.А., Панов Э.В. Электрохимическое поведение борсодержащих плёнок аморфного углерода. // Укр. хим. журн. 2002. Т. 68, №9. С. 32–36. (Особистий внесок здобувача: електрохімічні дослідження плівок аморфного вуглецю, легованих бором.)

3. Федоришена О.М., Куліковський В.Ю., Панов Е.В., Новосьолова І.А., Олійник М.Ф. Електрохімічна поведінка плівок аморфного вуглецю // Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2002. – вип.42, ч.1. С. 105–108. (Особистий внесок здобувача: дослідження поведінки плівок аморфного вуглецю в водних розчинах електролітів).

4. Федоришена Е.Н. Электрохимические характеристики пленок аморфного (а-С) и аморфного гидрогенизированного (а-С:Н) углерода // Укр. хим. журн. – 2002. – Т. 68, № 3. С. 4546.

5. Федоришена Е.Н., Новоселова И.А., Панов Э.В. Кинетика окислительно- восстановительных реакций на алмазоподобных материалах в растворах систем Ce^3+|4+ , [Fe(CN)₆]^{3-/ 4-} // Укр. хим. журн. – 2003. – Т.69, № 3. – С.55–58.

6. Новоселова И.А., Федоришена Е.Н., Панов Э.В., Бочечка А.А., Романко Л.А. Электрохимическое поведение компактов из нано- и микро-дисперсных порошков алмазов в водных электролитах // Физика твердого тела. – 2004. – Т.46, №4. С. 727729. (Особистий внесок здобувача: дослідження електрохімічної поведінки компактів із нано-та мікро кристалів алмазу).

7. Федоришена О.М., Панов Е.В., Новоселова І.А. Кінетика окисно-відновних реакцій на електродах із нано- та мікрокристалічного алмазу в системах [Fe(CN)₆]^{3-/ 4-} , Ce ³⁺ / Cе⁴⁺ // Укр. хим. журн. 2004. Т. 70, №9. С.4244.

8. Федоришена О.М., Панов Е.В., Новоселова І.А. Порівняння електрохімічної поведінки електродів на основі різних вуглецевих матеріалів у водних розчинах електролітів // Укр. хим. журн. 2006. Т. 72, № 1. С.58 – 61.

9. Федоришена Е.Н. Неразрушаемый анод на основе алмазных композитов // Збірник “Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии”. – 2006. Т. 4, №4. С. 837–843.

10. Новоселова И.А., Федоришена Е.Н., Панов Э.В. Электроды на основе алмазных и алмазоподобных материалов для электрохимического применения // Сверхтвердые материалы. 2007. №1. С. 32 – 50.

11. Новоселова И.А., Панов Э.В., Федоришена Е. М., Романко Л.О., Гонтарь А.Г., Горохов В.Ю. Коррозия и электрохимическое поведение а-С:Н плёнок в нейтральных водных растворах // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції “СТИМ - 2001” Київ, Україна, 2001. – С. 240–241. (Особистий внесок здобувача: корозійні та електрохімічні дослідження а-С:Н плівок).

12. Novoselova I., Fedoryshena E., Panov E., Kylikovskiy V.,Onoprienko A. Electrochemical behavior of diamond-like carbon film electrodes in aqueous electrolytes // Abstracts of the 8-th International Symposium on Diamond Materials (abstr. N 548), Paris, France, 2003. – Електронна версія. (Особистий внесок здобувача: електрохімічні дослідження плівок аморфного вуглецю.)

13. Novoselova I.A., Fedoryshеna E.N., Panov E.V. Oliynyk N.F., Ivakhnenko S.A., Zanevskiy O.A., Nachalnaya T.A. Electrochemical Behavior of Semiconductive Diamond Single Crystals in Aqueous Solutions //Abstracts of the 8-th International Symposium on Diamond Materials (abstr. N 534), Paris, France, 2003. – Електронна версія. (Особистий внесок здобувача: дослідження властивостей монокристалів алмазу у водних розчинах електролітів.)

14. Novoselova І.A., Fedoryshena E.N., Panov E.V., Olijnyk N.F., Kulikovskiy V., Ivakhnenko S.A., Zanevskiy O.A. Reactions in the [Fe(CN)₆]^3-/4- and Ce^3+/4+ systems оn diamond semiconductive single crystals and on а-С films. // Abstracts А 58 to the 5-th International Symposium on New Materials for Electrochemical systems, Montreal, Canada, 2003. Р. 5859. (Особистий внесок здобувача: електрохімічні дослідження монокристалів алмазу та а-С плівок).

15. Новоселова И.А., Федоришена Е.Н., Панов Э.В., Бочечка А.А., Романко Л.А. Электрохимическое поведение ультрадисперсных (наноалмазов) и дисперсных алмазных порошков в водных электролитах // Тези Міжнародного симпозіуму “Детонационные наноалмазы: получение, свойства, применение”, Санкт-Петербург, Росія, 2003. С. 99. (Особистий внесок здобувача: дослідження електрохімічної поведінки наноалмазів).

16. Новоселова И.А., Федоришена Е.Н., Панов Э.В. // Наноалмаз – новый электродный материал // Тези доповідей XVI Укр. конф. з неорг. хімії з міжнарод. участю, Ужгород, Україна, 2004. – С. 208–209.

17. Novoselova I.A., Fedoryshena O.N., Panov E.V. Ivahnenko S.A., Romanko L.A., Bochechka A.A., Kulikovskiy V.U., Onoprienko A.A. Electrochemical behavior of diamond and diamond-like electrodes in the aqueous electrolytes // Abstracts of the 55-th Annual Meeting of International Society of Electrochemistry (abstract S8FP71) Thessalonoki, Greece, 2004. – Електронна версія. (Особистий внесок здобувача: електрохімічні дослідження алмазних та алмазоподібних матеріалів).

18. Федоришена Е.Н., Новоселова И.А. Неразрушаемый анод на основе алмазных композитов // Тези конференції НМТ-2006 “Новітні матеріали та технології”, Київ, Україна, 2006. – С.107.