Stetsiv Y. Physico-chemical properties of polyaniline films on polymeric substrates
Українська версіяThesis for the degree of Candidate of Sciences (CSc)
State registration number
0425U000327
Applicant for
Specialization
- 02.00.04 - Фізична хімія
19-11-2025
Specialized Academic Board
Д 35.051.10
Ivan Franko National University of Lviv
Essay
The thesis is devoted to the study of the synthesis, structure and properties of polyaniline (PAn) films doped with citric acid (CA) on polymeric substrates (polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), and cellulose acetate (AC)). The influence of PAn film thickness on their optical parameters (optical bandgap, refractive index, Urbach energy, extinction coefficient etc.) was investigated. Refractive index of PAn films deposited on polymeric substrates was calculated based on correlation equations with the optical bandgap. It was found that as the thickness of the PAn film increases, the optical bandgap of the direct forbidden optical transitions decreases, while the refractive index of PAn films increases. Kinetic studies using optical spectroscopy confirmed that the process of synthesis of polyaniline films on polymeric substrates is autocatalytic as in solutions. The effective constant of aniline polymerization rate at the solution–substrate interface was calculated. It was found that lowering the polymerization temperature (from ~20 to 2°C) slows the reaction rate by three times. The morphology and topology of the PAn films synthesized on polymeric substrates were studied using scanning electron microscopy and atomic force microscopy. It was determined that the PAn films exhibit globular morphology. For the first time, the morphology of the contact side of PAn films removed from PE, PET, and AC substrates was analysed. It was found that macromolecular PAn aggregates on the substrate surfaces are nanoscale particles, mainly spherical or hemispherical in shape. The influence of substrate surface topography on the topology of the synthesized PAn films was studied for the first time. Analysis of the PAn film surface roughness parameters showed that rougher PAn films form on more surface-homogeneous PET and AC substrates, compared to those formed on more heterogeneous PE surface. The surface and electrical properties of the PAn films formed on polymeric substrates were investigated. It was shown that increasing the PAn film thickness, as well as using polymer substrates with surface functional groups (PET, AC) capable of forming hydrogen bonds, lead to a reduction in electrical resistance (by ~2.5 times) and an increase in the hydrophilicity of PAn films (reduction of the water contact angle by ~15 °), respectively. The potential use of polyaniline films as sensing materials for analytes of various nature was studied. It was shown that CA-doped PAn films exhibit fast optical responses to ammonia, while dedoped films respond to acetic acid. The use of PAn nanofilms as adsorbents for chromium oxyanions from model aqueous solutions was proposed. Kinetic modelling using the Weber–Morris, Lagergren, and Ho–McKay models showed that the sorption of Cr(VI) by PAn films follows a pseudo-second-order kinetic model. Sorption of Cr(VI) by PAn films was analysed using two-parameter isotherm models: Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin–Radushkevich. It was confirmed that Cr(VI) sorption by polyaniline corresponds to chemisorption. The obtained results can serve as a scientific basis for the development of PAn-based materials with tailored physicochemical properties for use as optical sensors and adsorbents.
Research papers
1. Яцишин, М., Заставська, Г., Гніздюх, Ю. (2014). Оптичні характеристики плівок поліаніліну, хімічно осаджених на поліетилентерефталатні підкладки. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 55(2), 413–423.
2. Гніздюх, Ю., Яцишин, М., Пандяк Н. (2015). Модифікація поверхонь полімерних матеріалів поліаніліном in situ. Праці НТШ Хім. Науки, ХLII, 25–42.
3. Стеців, Ю., Галущак, І., Яцишин, М., Серкіз, Р. (2016). Властивості плівок поліаніліну, осаджених in situ на ацетат целюлозний субстрат. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 57(2), 418–431.
4. Стеців, Ю., Демко, Х., Яцишин, М., Пандяк, Н. (2016). Кінетика формування та дедопування плівок поліаніліну на полімерних підкладках-матрицях. Праці НТШ Хім. Науки., XLIV, 37–48.
5. Hnizdiukh, Yu.A., Yatsyshyn, M.M., Reshetnyak, O.V., Hnizdiukh, Yu.A. (2017). Chapter 12. Surface Modification of Polymeric Materials by Polyaniline and Application of Polyaniline/Polymeric Composites. Computational and Experimental Analysis of Functional Materials. Toronto: Apple Academic Press, 423472. ISBN: 978-1-771883-42-9. DOI:10.1201/9781315366357-12
6. Стеців, Ю., Яцишин, М., Демченко, П., Серкіз, Р. (2017). Властивості плівок поліаніліну, осаджених in situ на поліетиленовий субстрат із розчинів аніліну різної концентрації. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 58(2), 357–367.
7. Стеців, Ю. (2017). Сенсорні властивості плівок поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Праці НТШ Хім. Науки, XLVI, 107–113.
8. Стеців, Ю., Партика, М., Корній, С., Решетняк, О., Думанчук, Н. (2018). Морфологія плівок поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 59(2), 387–395. DOI: https://doi.org/10.30970/vch.5902.387
9. Стеців, Ю., Яцишин, М., Решетняк, О. (2018). Оптичний рН сенсор на основі плівок поліаніліну. Праці НТШ Хім. Науки, LIII, 170–180.
10. Стеців, Ю., Верещагін, О., Яцишин, М., Партика, М., Гречух, Т., Корній, С., Решетняк, О. (2021). Морфологія хімічно осаджених плівок поліаніліну на триацетат целюлозні підкладки. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 62., 243–255. DOI: https:/doi.org/10.30970/vch.6201.243
11. Стеців, Ю., Журавецька, І., Яцишин, М., Зелінський, А., Решетняк, О. (2021). Тонкі плівки поліаніліну на поліетилентерефталатній підкладці як адсорбенти Cr(VI). Праці НТШ Хім. Науки, LXVI, 19–33. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2021.66.019
12. Stetsiv, Yu.A., Yatsyshyn, M.M., Nykypanchuk, D., Korniy, S.A., Saldan, I., Reshetnyak, O.V., Bednarchuk T.J. (2021). Characterization of polyaniline thin films prepared on polyethylene terephthalate substrate. Polym. Bull., 78(11), 6251–6265. doi: 10.1007/s00289-020-03426-7. https://doi.org/10.1007/s00289-020-03426-7
13. Стеців, Ю., Яцишин, М., Решетняк, О. (2022). Ширина забороненої зони та показник заломлення поліаніліну. Праці НТШ Хім. Науки, LXX, 26–42. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2022.70.026
14. Стеців, Ю., Яцишин, М., Корній, С., Решетняк, О. (2023). Дослідження оптоелектронних параметрів тонких плівок поліаніліну на ацетат целюлозному субстраті. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 64, 270–281. DOI: https://doi.org/10.30970/vch.6401.270
15. Стеців, Ю., Шингельська, В., Яцишин, М., Зелінський, А., Стеців, Г., Решетняк, О. (2023). Наноплівка поліаніліну на поліетилентерефталатній підкладці як адсорбент Cr(VI). Праці НТШ Хім. Науки, LXXIII, 95–113. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.095
Стеців, Ю., Пандяк, Н., Решетняк, О. (2024). Видалення Cr(VI) наноплівкою поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім., 65, 289–300. DOI: https://doi.org/10.30970/vch.6501.289
17. Стеців, Ю., Яцишин, М., Решетняк, О. (2024). Оптичні параметри плівок поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Праці НТШ Хім. Науки, LXXV, 127–135. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2024.75.127
18. Hnizdyukh, Yu., Zastavs’ka, G., Yatsyshyn, М. (2013) Structure and morphology of the polyaniline/polyethylene terephthalate/polyaniline films. Chemistry and Chemical Technology: Proceeding of the 3rd International Conference of Young Scientists CCT-2013, Lviv, Ukraine, 21–23 November, 2013, р. 10–11.
19. Заставська, Г.М., Гніздюх, Ю.А., Яцишин, М.М. (2014) Властивості поліанілінових плівок на поверхні поліетилентерефталату. Зб. тез доповідей: VI Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів «Хімічні Каразінські читання – 2014», Харків, Україна, 22-24 квітня, 2014, с. 238.
20. Hnizdiukh, Yu., Bas, M., Yatsyshyn, M. (2014) Modification of the surfaces of polymeric materials by polyaniline and their applications. Abstracts of rеports VIII Ukrainian-polish conference «Polymers of special applications», Bukovel, Ukraine, October 0104, 2014, р. 55.
21. Гніздюх, Ю., Бас, М., Яцишин, М. (2015) Плівки поліаніліну на поліетиленових підкладках. Тези допов. VІI Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології», Дніпропетровськ, Україна, 27–29 квітня, 2015. с. 142143.
22. Гніздюх., Ю., Яцишин М. (2015) Плівки поліаніліну на полімерних підкладках. Тези допов.: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2014 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2015, с. 23–25.
23. Гніздюх, Ю.А., Яцишин, М.М. (2015) Наноплівки поліаніліну на поліетиленових підкладках. Зб. тез доповідей: VII Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів «Хімічні Каразінські читання – 2015», Харків, Україна, 20-22 квітня, 2015, с. 125126
24. Гніздюх, Ю., Бас, М., Яцишин, М., Думанчук, Н. (2015) Плівки поліаніліну на поліетиленових матрицях. Зб. наукових праць: ХV Наукова конференція «Львівські хімічні читання – 2015», Львів, Україна, 24–27 травня, 2015, с. У25.
25. Stetsiv, Yu., Yatsyshyn, M. (2016) Morphology or polyaniline films on polymeric substrates of different nature. Зб. тез доповідей Міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні технології одержання та переробки полімерних матеріалів», Львів, Україна, 21–23 вересня, 2016, р. 16.
26. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2016) Спектральні властивості плівок поліаніліну на полімерних підкладках. Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2015 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2016, с. 17–19.
27. Стеців, Ю.А., Яцишин, М.М. (2016) Багатошарові плівки поліаніліну на поліетилентерефталатній підкладці. Зб. тез доповідей: Дев’ята Українська наукова конференція студентів, аспірантів і молодих учених з міжнародною участю «Хімічні проблеми сьогодення», Вінниця, Україна, 29–30 березня, 2016, с. 163.
28. Демко, Х.Р., Стеців, Ю.А. (2016) Дослідження морфології наноплівок поліанілін цитрату, осаджених на полімерні підкладки-матриці. Тези доповідей V Наук.-практич. семінар студентів, аспірантів і молодих учених "Прикладні аспекти електрохімічного аналізу", Львів, Україна, 6–8 жовтня, 2016, с. 25–26.
29. Yatsyshyn, М.M., Stetsiv, Yu.A., Makogon, V.M., Tsiko, U.V., Soltys, M.M., Yatsyshyn, M.M. (2016) Adsorption of aniline and self-organization of polyaniline layers on the surface of substrates of different nature. Proceedings of XV Ukrainian-Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, simultaneously with 2nd NANOBIOMAT Conference Nanostructured Biocompatible/Bioactive Materials, Lviv, Ukraine, 12–15 September, 2016, р. 194.
30. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2017) Структура плівок поліаніліну на поліетиленових підкладках-матрицях. Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2016 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2017, с. 16–18.
31. Демко, Х., Стеців, Ю., Яцишин, М., Никипанчук, Д., Решетняк, О. (2017) Морфологія плівок поліаніліну на поліетиленових субстратах. Зб. наукових праць: ХVІ наукова конференція "Львівські хімічні читання – 2017", Львів, Україна, 2831 травня, 2017, с. Ф41.
32. Демко, Х., Стеців, Ю., Яцишин, М. (2017) Оптичні сенсорні властивості плівок поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Тези доповідей: IХ Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів "Хімічні Каразінські читання – 2017", Харків, Україна,1820 квітня, 2017, с. 146–147.
33. Яцишин, М., Макогон, В., Стеців, Ю., Верещагін, О., Решетняк, О. (2018) Електропровідність композитів глауконіт/поліанілін та плівок поліаніліну, осаджених на полімерних субстратах. Зб. наукових праць: Ч. 1: VIII Український з’їзд з електрохімії та VІ Науково-практичний семінар студентів, аспірантів і молодих учених «Прикладні аспекти електрохімічного аналізу», присвячені 100-річчю Національної академії наук України, Львів, Україна, 2018, с. 130–132.
34. Стеців, Ю.А., Стасевич, С.М., Яцишин, М.М., Решетняк, О.В. (2018) Сенсорні властивості плівок поліаніліну на поліетилентерефталатній підкладці. Зб. тез доповідей І Міжнародної (ХІ Української) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2018), Вінниця, Україна, 27–29 березня, 2018, С. 335.
35. Stetsiv, Yu.A., Vereshchagin, O.V., Nykypanchuk, D.M., Yatsyshyn, M.M., Soltys, M.M., Reshetnyak, O.V. (2018) Abstracts: Self-organization of polyaniline macromolecules on polymeric matrix-substrates during applied polymerization. XVI Polish-Ukrainian Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications, Lublin, Poland, August 2831, 2018, р. 156
36. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2018) Морфологія плівок поліаніліну, осаджених in situ з водних розчинів цитратної кислоти. Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2017 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2018, с. 18–20.
37. Микетин, О.Я., Стеців, Ю.А., Яцишин, М.М., Решетняк, О.В. (2018) Оптичні рН сенсори на основі плівок поліаніліну. Тези доповідей: Х Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів "Хімічні Каразінські читання – 2018", Харків, Укаїна, 2325 квітня, 2018, с. 181–182.
38. Журавецька, І.М., Стеців, Ю., Яцишин, М. (2020) Адсорбція іонів Cr(VI) плівками поліаніліну осадженими на плівки поліетилентерефталату. Тези доповідей: ХІІ Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів "Хімічні Каразінські читання – 2020", Харків, Укаїна, 2123 квітня, 2020, с. 130–131.
39. Stetsiv, Yu., Partyka, M., Yatsyshyn, M., Saldan, I., Reshetnyak, O. (2020) AFM characterization of polyaniline thin films prepared on cellulose acetate substrate. Book of Abstracts: Ist International Research and Practice Conference "Nanoobjects & Nanostructuring" N&N‒2020), Lviv, Ukraine, September 20‒23, 2020, р. 119.
40. Stetsiv, Yu., Nykypanchuk, D., Yatsyshyn, M., Saldan, I., Korniy, S., Bednarchuk, T., Reshetnyak, O. (2020) Book of Abstracts: Polyaniline thin films prepared on the polyethylene terephthalate substrate. Ist International Research and Practice Conference "Nanoobjects & Nanostructuring" N&N‒2020), Lviv, Ukraine, September 20‒23, 2020, р. 120.
41. Стеців, Ю.А., Журавецька, І.М., Яцишин, М.М., Зелінський, А.В., Решетняк, О.В. (2021) Дослідження тонких плівок поліаніліну на поліетилентерефталатній підкладці для адсорбції іонів Cr(VI). Зб. статей "Фундаментальні та прикладні дослідження в сучасній хімії та фармації" за матеріалами VIII Міжнародної заочної науково-практичної конференції молодих учених, Ніжин, Україна, 23 квітня, 2021, с. 107–111.
42. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2022) Застосування плівок поліаніліну для видалення сполук хрому з водних розчинів. Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2021 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2022, с. 16–18.
43. Стеців, Ю.А., Яцишин, М.М., Решетняк, О.В. (2022) Оптичні параметри плівок поліаніліну на поліетиленовому субстраті. Тези доповідей: Proceedings of the 8th International scientific and practical conference, Харків, Україна, 26‒28 лютого, 2022, с. 220–223.
44. Stetsiv, Yu., Yatsyshyn, М., Reshetnyak, O. (2022) Carbon clusters in thin films of polyaniline on polyethylene substrate. Book of Abstracts: IInd International Research and Practice Conference "Nanoobjects & Nanostructuring" N&N‒2022), Lviv, Ukraine, September 26‒28, 2022, р. 45–46.
45. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2023) Оптичні характеристики плівок поліаніліну Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2022 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2023, с. 21–22.
46. Стеців, Ю., Яцишин, М., Решетняк, О. (2023) Оптичні параметри тонких плівок поліаніліну на поліетилентерефталатному субстраті. Зб. наукових праць: ХІХ наукова конференція "Львівські хімічні читання – 2023", Львів, Україна, 2931 травня, 2023, с. Ф22.
47. Стеців, Ю., Яцишин, М. (2024) Наноплівки поліаніліну, осаджені на ПЕТ субстрати: синтез, властивості та застосування для адсорбції оксіаніонів Cr(VI) із малоконцентрованих водних розчинів. Тези доповідей: Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка за 2023 рік. Секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, Львів, Україна, 2024, с. 3–4.
48. Stetsiv, Yu., Yatsyshyn, М., Nykypanchuk, D., Korniy, S., Reshetnyak, O. (2024) Optoelectronic properties of polyaniline nanofilms on polymeric substrates. Book of Abstracts: IIIrd International Research and Practice Conference "Nanoobjects & Nanostructuring" N&N‒2024), Lviv, Ukraine, October 7‒10, 2024, р. 5152.
Files
Similar theses
0525U000400
Oleksiy V. Durov
Wetting and contact interaction in systems containing dioxides of elements of group IVb (TiO2, ZrO2, HfO2) and metal melt.
0425U000285
Alina A. Makudera
ZrO2 stabilized by a series of REE oxides of the yttrium subgroup as a basis for designing of novel thermal barrier coatings
0425U000257
Yuriy V. Yurchenko
Phase interactions in ZrO2–HfO2–Ln2O3 ternary oxide systems, where Ln = La, Nd, Sm, Eu, and Gd
0425U000206
Mykola V. Kravchenko
Zirconium and magnesium granulated silicate sorbents for the removal of heavy metal ions.
0525U000046
Svitlana V. Prudius
Synthesis and catalytic properties of mixed acidic oxides based on elements of III-IV groups.