Об электрохимии графена

Графену приписывают выдающиеся свойства, как механические, так и электрические. Многие электрохимические обзоры прочат ему большое будущее в качестве материала для электродов, причем и в аналитических приложениях, и в устройствах хранения энергии.

Попробуем разобраться, насколько оправдано его применение в аналитических электродах (кратко об этом мы уже писали). Для этого модифицируем поверхности электродов из чистого и хорошо упорядоченного пиролитического графита *частицами однослойного графена** и изучим его влияние. Электроды из пиролитического графита бывают двух типов: “граневые” (поверхность электрода как бы рассекает плотноупакованные плоскости графита, создавая грань с высокой поверхностной энергией) и “базальные” (поверхность электрода параллельна плотноупакованным плоскостям графита).

В первом случае графен склонен присоединяться к поверхности более или менее “вертикально”, а во втором – “ложиться” на такую поверхность “горизонтально” (Рис. 1). В зависимости вида электрода и своего положения, графен оказывает различное влияние.

fig_1.png Рис. 1. Возможные варианты расположения графена на «граневом» и «базальном» графитовом электроде.

Нужно сказать, что электрод с “граневой” поверхностью обладает более хорошими электрокинетическими характеристиками, так как его работа обеспечивается проводимостью вдоль слоев графита и взаимодействием с электролитом более склонной к этому кристаллографической грани. А электрод с “базальной” поверхностью требует прохождения тока поперек слоев графита и взаимодействия с электролитом несклонной к этому кристаллической грани, представляющей собой завершенный слой, таким образом, его характеристики неизменно будут хуже.

fig_2.png Рис. 2. Циклическая вольтамперограмма для «базального»
графитового электрода без (пунктир) и с добавлением
графена (сплошные линии) в растворе ферроцианида
калия и ее изменение по мере увеличения количества графена.

Адсорбированный на поверхность электрода графен может как улучшать, так и ухудшать его характеристики. Добавление графена к “базальному” электроду может улучшить его свойства за счет участия в процессе “граневых” плоскостей графена. Это может проявиться, например, в уменьшении интенсивности пика тока отклика на циклической вольтамперограмме (Рис. 2). А вот свойства более хорошего, “граневого” электрода графен может только ухудшить (Рис. 3), так как часть его листов может повернуться “базальной” стороной и закрыть “граневую” поверхность самого графита (Рис. 1). Это ставит под большой вопрос целесообразность его применения в данном качестве. Более того, в некоторых условиях он ухудшает и свойства “базального” электрода (Рис. 4).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Dale A. C. Brownson, Lindsey J. Munro, Dimitrios K. Kampouris and Craig E. Banks Electrochemistry of graphene: not such a beneficial electrode material?. – RSC Advances. – 2011. – Advance Article; DOI: 10.1039/C1RA00393C.

fig_3.png Рис. 3. Циклическая вольтамперограмма для
«граневого» графитового электрода без (пунктир)
и с добавлением графена (сплошные линии) в
растворе ферроцианида калия и ее изменение
по мере увеличения количества графена.

fig_4.png Рис. 4. Циклическая вольтамперограмма для
«базального» графитового электрода без (пунктир)
и с добавлением графена (сплошные линии) в
растворе хлорида рутения и ее изменение по
мере увеличения количества графена.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.3 (4 votes)
Источник(и):

1. nanometer.ru