Физичкохемијска својства графен-оксида 12-волфрамофосфорне киселине и њихових композита озрачених јонским сноповима средњих и високих енергија

Abstract

Графен-оксид је угљенични наноматеријал који се издваја лаким начином синтезе, умерено великом специфичном површином и могућношћу лаког дисперговања у воденим суспензијама. Дводимензионална природа, променљива површинска хемија и инкорпорација различитих једињења на графен-оксидну основу разлози су широке примене овог материјала у електрохемијским суперкондензаторима. Хетерополикиселине су због димензија анјона и реверзибилних оксидоредукционих реакција погодне за припрему композита са графен- оксидом, код којих модификација структуре, површинске хемије и интеракције између компонената доводи до значајног побољшања својстава материјала критичних за ову примену. Озрачивање јонским сноповима је јединствена метода модификације материјала којом се могу добити метастабилне фазе са измењеним структурним и електронским особинама уз које се мењају и друга физичкохемијска својства материјала. У оквиру ове дисертације испитиван је утицај озрачивања јонским сноповима на синергијско дејство графен-оксида и 12-волфрамофосфорне киселине у њиховом композиту. У том циљу спроведена су озрачивања јонским сноповима појединачних компонената и њихових композита са различитим уделима конституената. При томе је у овој дисертацији по први пут извршена модификација хетерополикиселина јонским сноповима. Сразмерно типу и дебљини узорака коришћени су снопови јона различитих врста и енергија (од 10 keV C+ до 710 MeV Bi). За карактеризацију узорака коришћене су следеће методе: инфрацрвена спектроскопија са Фуријеовом трансформацијом, Раманска спектроскопија, фотоелектронска спектроскопија са X зрацима, ултраљубичаста/видљива спектроскопија са дифузионом рефлексијом, рендгенска дифракција, профилографија, мерење угла квашења, скенирајућа електронска микроскопија, микроскопија атомских сила, циклична волтаметрија, галваностатско пуњење и пражњење и електрохемијска импедансна спектроскопија у чврстом стању. Добијени резултати дали су нови увид у механизме редукције графен-оксида јонским сноповима, у структурну модификацију хетерополикиселина при условима далеко од термодинамичких и интеракцију компоненти тј. њихов допринос електрохемијском складиштењу наелектрисања.

Graphene-oxide is a carbon nanomaterial that sets out with an easy synthesis route, mildly large specific surface area and the possibility of easy dispersion in water suspensions. Two- dimensional nature, adjustable surface chemistry and incorporation of different compounds on graphene-oxide support are the main reasons for the wide application of this material in electrochemical supercapacitors. Because of the anion dimensions and reversible oxidoreduction reactions, heteropolyacids are suitable for preparation of the composite with graphene-oxide in which modification of structure, surface chemistry and interactions between constituents leads to improvement of properties that are critical for the application. Ion beam irradiation is the unique method of modification of material with which metastable phases with modified structural, electronic and other physicochemical properties can be achieved. In this dissertation, the influence of ion beam irradiation on synergic activity of graphene- oxide and 12-tungstophosphoric acid in their composite is investigated. For that, separate components and their composites with different mass ratios are ion beam irradiated. Ion beam irradiation of heteropolyacids has been conducted for the first time in this dissertation. Relatively to the type and thickness of the samples, ion beams of different ion species and energies are utilized (from 10 keV C + to 710 MeV Bi). Methods used for the sample characterization are: Fourier-transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Ultraviolet–visible diffuse reflectance spectroscopy, X-ray diffraction, profilography, wetting angle measurements, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge and solid state electrochemical impedance spectroscopy. Obtained results gave a new insight into the reduction mechanisms of graphene-oxide with ion beams, into the structural modification of heteropolyacids at far from thermodynamic conditions and interactions of components i.e. their contribution to the electrochemical charge storage.