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 воденимсуспензијама. Дводимензионална природа, променљива површинска хемија и инкорпорацијаразличитих једињења на графен-оксидну основу разлози су широке примене овог материјалау електрохемијским суперкондензаторима. Хетерополикиселине су због димензија анјона иреверзибилних оксидоредукционих реакција погодне за припрему композита са графен-оксидом, код којих модификација структуре, површинске хемије и интеракције измеђукомпонената доводи до значајног побољшања својстава материјала критичних за ову примену.Озрачивање јонским сноповима је јединствена метода модификације материјала којомсе могу добити метастабилне фазе са измењеним структурним и електронским особинама узкоје се мењају и друга физичкохемијска својства материјала.У оквиру ове дисертације испитиван је утицај озрачивања јонским сноповима насинергијско дејство графен-оксида и 12-волфрамофосфорне киселине у њиховом композиту.У том циљу спроведена су озрачивања јонским сноповима појединачних компонената ињихових композита са различитим уделима конституената. При томе је у овој дисертацији попрви пут извршена модификација хетерополикиселина јонским сноповима. Сразмерно типу идебљини узорака коришћени су снопови јона различитих врста и енергија (од 10 keV C+ до 710MeV Bi).За карактеризацију узорака коришћене су следеће методе: инфрацрвена спектроскопијаса Фуријеовом трансформацијом, Раманска спектроскопија, фотоелектронска спектроскопијаса X зрацима, ултраљубичаста/видљива спектроскопија са дифузионом рефлексијом,рендгенска дифракција, профилографија, мерење угла квашења, скенирајућа електронскамикроскопија, микроскопија атомских сила, циклична волтаметрија, галваностатско пуњењеи пражњење и електрохемијска импедансна спектроскопија у чврстом стању.Добијени резултати дали су нови увид у механизме редукције графен-оксида јонскимсноповима, у структурну модификацију хетерополикиселина при условима далеко одтермодинамичких и интеракцију компоненти тј. њихов допринос електрохемијскомскладиштењу наелектрисања.

Graphene-oxide is a carbon nanomaterial that sets out with an easy synthesis route, mildlylarge specific surface area and the possibility of easy dispersion in water suspensions. Two-dimensional nature, adjustable surface chemistry and incorporation of different compounds ongraphene-oxide support are the main reasons for the wide application of this material inelectrochemical supercapacitors. Because of the anion dimensions and reversible oxidoreductionreactions, heteropolyacids are suitable for preparation of the composite with graphene-oxide in whichmodification of structure, surface chemistry and interactions between constituents leads toimprovement of properties that are critical for the application.Ion beam irradiation is the unique method of modification of material with which metastablephases 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 componentsand their composites with different mass ratios are ion beam irradiated. Ion beam irradiation ofheteropolyacids has been conducted for the first time in this dissertation. Relatively to the type andthickness of the samples, ion beams of different ion species and energies are utilized (from 10 keVC + to 710 MeV Bi).Methods used for the sample characterization are: Fourier-transform infrared spectroscopy,Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Ultraviolet–visible diffuse reflectancespectroscopy, X-ray diffraction, profilography, wetting angle measurements, scanning electronmicroscopy, atomic force microscopy, cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge and solidstate electrochemical impedance spectroscopy.Obtained results gave a new insight into the reduction mechanisms of graphene-oxide withion beams, into the structural modification of heteropolyacids at far from thermodynamic conditionsand interactions of components i.e. their contribution to the electrochemical charge storage.