Efekat temperature i koncentracije rastvora hlorida alkalnih metala na elektrohemijsku redukciju i kapacitivnost grafen oksida

Abstract

Elektrohemijska redukcija tankoslojnih filmova grafen oksida (GO) u rastvorima hlorida alkalnih metala se dešava na negativnijim potencijalima u odnosu na rastvore hlorida zemnoalkalnih metala. Kapacitivnost se značajno povećava usled redukcije i Ered maksimuma kapacitivnosti zavisi od sastava elektrolita. Elektrohemijskom redukcijom dobijene su maksimalne kapacitivnosti u rasponu od 65-130 F/g, a kapacitivnost je afektirana prisustvom Vulcan XC-72R (provodljivog polimera) u tankom filmu GO. Bitno je naglasiti da je elektrohemijska redukcija u LiCl i KCl brz proces sa relativno niskom energijom aktivacije (ispod 30 kJ mol-1 ), da se proces odvija lokalizovano i da brzina zavisi od aglomeracije funkcionalnih grupa na bazalnoj ravni. Zavisnost procesa je definisana prirodom inertnog elektrolita. Pošto inertni elektrolit menja energiju aktivacije redukcionog procesa, a i sama priroda elektrolita se menja sa promenom temperature i koncentracije (opisano u literaturnom pregledu ovog poglavlja), može se napraviti hipotetska korelacija uticaja promene hidratacione sfere na proces redukcije. Povećanjem temperature i koncentracije dolazi do značajnog pomeranja pikova redukcije ka pozitivnijim potencijalima. Temperaturne i koncentracione promene utiču na smanjenje hidratacionih radijusa, što verovatno menja energiju aktivacije procesa redukcije kiseoničnih funkcionalnih grupa, što može imati efekat na olakšanu redukciju i različitu kapacitivnost u zavisnosti od slučaja. Na elektrohemijsku redukciju GO utiče promena sadržaja vode u smesama rastvarača (DMSO/voda, DMF/voda, MeCN/voda), koji sadržavaju inertni elektrolit (0.005 M LiClO4). Priroda rastvarača koji su pomešani sa vodom utiču na pH vrednosti rastvora, a to za posledicu ima olakšanu ili otežanu redukciju grafen oksida.

Graphene oxide (GO) electochemical reduction in alkali chloride aqueous solutions is occurring at more negative reduction potentials compared to earth alkaline chloride aqueous solutions. Capacitance is significantly increased after electrochemical reduction and maximum capacitance is directly affected by electrolyte present in solution, and presence of Nafion (conductive polymer). Capacitances obtained after electrochemical reduction were in range 65-130 F/g. Increase of temperature and concentration of inert electrolyte affects graphene oxide reduction where reduction peak potentials shifts to more positive potential values. It is important to point out that the electrochemical reduction in LiCl and KCl solutions is fast process with relative low activation energy (below 30 kJ mol-1 ). Also reduction occurs locally and rate depends on aglommeration of oxygen functionalities on basal plane. Effect related to reduction of GO under combined temperature/concentration conditions most likely affects hydration radius of ions making variations in reduction in a sense of changing activation energy of process. Different water content in mixtures containing polar aprotic solvents (DMSO/voda, DMF/voda, MeCN/voda) containing (0.005 M LiClO4) inert electrolyte affects pH value of solutions which eventuly makes electrochemical reduction of graphene oxide harder (higher pH) or easier (lower pH).