Анотація до роботи:

Біскулова С.О. Спектральні та електрохімічні властивості нанокомпозитів типу гість-хазяїн на основі електропровідних полімерів і оксидів ванадію та молібдену. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Інститут фізичної хімії ім.Л.В.Писаржевського НАН України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню загальних закономірностей формування нанокомпозитів типу гість-хазяїн на основі ЕПП і оксидів перехідних металів (V₂O₅ і MoO₃), з’ясуванню впливу природи інтеркальованого полімеру і неорганічної матриці на спектральні властивості та електрохімічні характеристики даних нанокомпозитів, пов’язані з їх використанням в катодах літієвих акумуляторів.

В результаті проведених досліджень показана можливість проведення прямої інтеркаляції макромолекул вторинно допованого поліаніліну (ПАн) в міжшарові галереї наночастинок V₂O₅ і MoO₃ з утворенням гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн, висока електропровідність яких в основному обумовлена вторинним допуванням ПАн.

Встановлено вплив умов синтезу і природи полімерів на спектральні та електрохімічні властивості нового класу гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн, в яких в міжшарових галереях наночастинок V₂O₅ одночасно розміщені макромолекули як поліетиленоксиду (ПЕО) або полі(2,5-дімеркаптотіофену) (ПДТ), так і супряженого полімеру з електронним типом електропровідності (поліанілін, поліпірол).

Показано, що ПДТ є стабільним в процесі редокс-перетворень при циклюванні нанокомпозиту ПДТ-V₂O₅. Використання ПДТ сумісно з ПАн дозволяє стабілізувати розрядну ємність гібридного трикомпонентного нанокомпозиту (ПАн+ПДТ)-V₂O₅ на рівні 175 мАгод/г при С/12.

Показано вплив природи інтеркальованого полімеру на функціональні електрохімічні характеристики і коефіцієнти дифузії іонів літію в трикомпонентних нанокомпозитах на основі ЕПП, ПЕО або ПДТ і V₂O₅ як потенційних катодних матеріалах літієвих акумуляторів.

1. В основі багатьох потенційних застосувань гібридних нанокомпозитів на основі ЕПП і оксидів перехідних металів лежать редокс-перетворення та перенос зарядів, однак залишаються нез’ясованими важливі закономірності цих процесів, які можуть бути пов’язані як з впливом методу одержання та природи вихідних складових на формування нових наноматеріалів, так і з взаємодією між органічною та неорганічною компонентами.

2. Показано можливість одержання нанокомпозитів типу гість-хазяїн шляхом прямої інтеркаляції макромолекул вторинно допованого поліаніліну (ПАн) в міжшарові галереї наночастинок V₂O₅ і MoО₃. Зроблено припущення, що рушійною силою процесу формування нанокомпозитів є обмін катіонів - протонів і іонів літію, які знаходяться всередині наночастинок відповідних оксидів і стабілізують їх водні золі, - на позитивно заряджений ланцюг поліаніліну. Це визначає універсальність використаного способу, який можна застосовувати для інших шаруватих неорганічних сполук.

3. Встановлено, що в результаті прямої інтеркаляції допованого ПАн в оксиди ванадію і молібдену можна одержувати нанокомпозити з високою електропровідністю на рівні 10 См/см, яка обумовлена вторинним допуванням ПАн.

4. Показано, що при інтеркаляції допованих ланцюгів ПАн в міжшаровий простір галерей наночастинок V₂O₅ і MoО₃ позитивно заряджені фрагменти полімеру взаємодіють з центрами V⁴⁺ (або Мо⁵⁺), що може призводити до часткового дедопування полімеру і зменшення негативного заряду неорганічної матриці внаслідок перерозподілу заряду між компонентами.

5. Вперше показано можливість одержання нового класу гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн, в яких в міжшарових галереях наночастинок V₂O₅ одночасно розміщені макромолекули поліетиленоксиду (ПЕО), здатні до іонної провідності, і супряженого полімеру (поліанілін, поліпірол (ППі)) з електронним типом електропровідності, причому макромолекули електропровідного полімеру (ПАн, ППі) вбудовуються в галереї V₂O₅ між макромолекулами ПЕО, а не розташовуються між ПЕО і V₂O₅ з утворенням додаткового шару.

6. Встановлено, що узгодженість значень редокс-потенціалів полі(2,5-димеркаптотіофену) (ПДТ) та V₂O₅, яка була досягнута за рахунок цілеспрямованого вибору структури гетерокільця полімеру з дисульфідними зв'язками, призводить до стабільності в процесі редокс-перетворень полімеру при заряді-розряді нанокомпозиту завдяки пригніченню розчинення в рідкому органічному електроліті продуктів відновлення ПДТ.

7. Показано, що взаємодія між компонентами гібридного нанокомпозиту (ПАн+ПДТ)-V₂O₅ обумовлює його стабільність в процесі редокс-перетворень при заряді-розряді і розрядну ємність (ПАн+ПДТ)-V₂O₅ на рівні 175 мАгод/г при С/12.

8. Показано вплив природи інтеркальованого полімеру на функціональні електрохімічні характеристики (розрядна ємність, стабільність при циклюванні) і коефіцієнти дифузії іонів літію в трикомпонентних нанокомпозитах і знайдено, що завдяки здатності до іонної провідності макромолекул ПЕО коефіцієнти дифузії іонів літію в трикомпонентних нанокомпозитах (ППі+ПЕО)V₂O₅ і (ПАн+ПЕО)-V₂O₅ є в 2 рази більшими, ніж в двокомпонентному нанокомпозиті ПАн-V₂O₅, і на порядок більші, чим в ксерогелі V₂O₅.

9. Встановлено, що трикомпонентні нанокомпозити типу гість-хазяїн з інтеркальованими в галереї V₂O₅ макромолекулами електропровідного полімеру разом з ПЕО або ПДТ є перспективними катодними матеріалами для літієвих акумуляторів.

Публікації за темою дисертації

1. Посудиевский О. Ю., Курысь Я. И., Биcкулова С. А., Малиновский Ю. К., Походенко В. Д. Нанокомпозиты, получаемые путем прямой интеркаляции вторично допированного полианилина в V₂O₅ // Теорет. и эксперим. химия. – 2002. – Т. 38, №5. – С.274-277.

2. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Pokhodenko V. D. New polyaniline-MoO₃ nanocomposite as a result of direct polymer intercalation // J. Mater. Chem. – 2002. – Vol. 12, N 5. - P.1446-1449.

3. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Pokhodenko V. D. New hybrid guest-host nanocomposites based on polyaniline, poly(ethylene oxide) and V₂O₅ // J. Mater. Chem. – 2004. – Vol. 14, N 9. – P.1419-1423.

4. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Pokhodenko V. D. Catode performance of new hybrid guest-host nanocomposites based on poly(2,5-dimercaptothiophene) // Electrochemistry Communications – 2005. – Vol. 7, N 5. – P.477-482.

5. Біcкулова С. О., Посудієвський О. Ю., Походенко В. Д. Матеріал для катода літієвих джерел струму та спосіб його одержання. Патент №66710 А (Україна). – Бюл. - №5. – 2004.

6. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. O., Malinovsky Yu. K., Pokhodenko V. D. The features of charge transfer in host-guest nanocomposites based on transition metal oxides and polyaniline // Abstr. 3-rd International Conference „Electronic Processes in Organic Materials” (ICEPOM-3). – Kharkiv (Ukraine). – 2000. – P.144-145.

7. Posudievsky O. Yu., Kurys Ya. I., Biskulova S. A. Malinovsky Yu. K., Pokhodenko V. D. Self-Assembly of conducting polymer based host-guest nanocomposites with desirable electronic characteristics // Pr. of ESF European Research Conference “Chemistry and Physics of Multifunctional Materials”. – Acquafredda di Maratea (Italy). – 2001. – P.96.

8. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Pokhodenko V. D. Electronic processes in novel guest-host nanocomposite based on polyaniline, poly(ehtylene oxide) and V₂O₅ // Abstr. 4-th International Conference „Electronic Processes in Organic Materials” (ICEPOM-4). – Lviv (Ukraine). – 2002. – P.82-83.

9. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Konoshchuk N. V., Dyadyun V. S., Koshechko V. G., Pokhodenko V. D. Hybrid guest-host nanocomposites based on electroactive polymers for lithium batteries // NATO CARWC, “New Carbon based Materials for Electrochemical Energy Storage Systems”. – Chicago (USA). – 2003.– P.34.

10. Posudievsky O. Yu., Biskulova S. A., Pokhodenko V. D. The influence of the nature of polymer on discharge characteristics of guest-host nanocomposites based on electroactive polymers and transition metal oxides // Abstr. Book II 55-th Annual Meeting of International Society of Electrochemistry “Electrochemistry: from Nanostructures to Power Plants”.– Tessaloniki (Greece). – 2004. – P.1235.

11. Посудиевский О. Ю., Биcкулова С. А., Конощук Н.В., Гончарук О. А., Походенко В. Д. Нанокомпозитные катодные материалы для литиевых аккумуляторов // Тези доп. конференції „Нанорозмірні системи. Електронна, атомна будова і властивості” (НАНСИС 2004). – 2004. – Київ (Україна). – С.228.