Дисертаційна робота присвячена: синтезу графеноподібних структур з
водного та неводного (рідкий азот) середовища методом плазмо-дугового
розряду та вивченню впливу середовища синтезу на зміну фізико-хімічних
властивостей графеноподібних матеріалів; розробці експериментальних
зразків катодів для літій-іонних акумуляторів, що містять графен-графіт-
металоксидні системи.
У наданій дисертаційній роботі детально досліджено вплив умов
синтезу на структурні та морфологічні особливості графеноподібних
матеріалів, зміни у морфології поверхні, хімічний та електронний стан атомів
на поверхні графеноподібних матеріалів, їх фазовий, компонентний склад та
термічну стабільність.
Для дослідження характеристик графеноподібних структур, а також їх
впливу на ємнісні та електропровідні характеристики електродів для літій-
іонних джерел струму було застосовано фізико-хімічні методи та
електрохімічні випробування, які об’єднують можливість одночасного
виміру електричних та кінетичних параметрів всіх систем.
При дослідженні структурно-морфологічних та термічних властивостей
графенів та графен-графіт-металоксидних систем встановлено, що зміна
середовища синтезу призводить до зміни структурно-морфологічних
властивостей графеноподібних структур. Низкою фізико-хімічних
досліджень графеноподібних матеріалів, що отримані із водного та
середовища рідкого азоту, доведено, що розміри азотовмісного графену (G-
N) складають близько 50-100 нм з питомою поверхнею 23 м 2 /г та кількістю
шарів близько 20, при цьому графен з водного середовища (G-H 2 O) має
втричі більші розміри близько 200-300 нм та питому поверхню 27,7 м 2 /г та
кількістю шарів близько 40. Методом рентгенівської фотоелектронної
спектроскопії охарактеризовано нові центри легування азотом поверхні
графеноподібних наноструктур, такі як: типову структуру графену
(sp 2 C–sp 2 C), дві нетипові структури (sp 3 C–N і зв’язок C–O) і типові
модифіковані азотом компоненти графену (піридин–N, пірол–N, графіт–N і
окислений N–O).
Cтупінь структурної досконалості графена за співвідношенням
інтенсивності D-моди до інтенсивності G-моди складає 0,126 та 0,06 в
залежності від середовища синтезу. Зменшення величини цього відношення
свідчить про збільшення ступеня досконалості наноструктур.
Аналіз експериментальних значень питомої електростатичної ємності та
активного опору зразків показав, що наявність води в графеноподібних
структурах впливає на середні значення ємності відносно графеноподібних
структур без води в залежності від масового співвідношення та
термообробки. Термічна обробка при 250 o C графену, синтезованого з
водного середовища, призводить до збільшення значень ємності та
провідності. В чистих зразках графеноподібних структур та графіту ємність
нижча, ніж у поєднанні цих матеріалів в суміші. Збільшення вмісту графену
призводить до збільшення електростатичної ємності.
Присутність води в графені є основним фактором, що впливає на
питомий опір систем графіт Gr/графен G-H 2 O, та значення ємності залежить
від кількості графіту в суміші. Дослідження електропровідності сумішей
графіт Gr–графен G-N у різних масових співвідношеннях та при впливі
температурної обробки дозволили встановити загальне збереження більш
високих значень питомої електропровідності при підвищенні частки графену.
Електрохімічне дослідження макетних зразків хімічних джерел струму
на основі графіт- графен – шпінельних композицій встановило наступні
чинники, що регулюють електрохімічні показники катодних матеріалів на їх
основі: домішки графену G-H 2 O збільшують частку електронної провідності,
а домішки графену G-N та шпінелі – іонної провідності відносно графіту; тип
графену регулює ємнісні показники джерел струму за рахунок зниження
енергії активації окисно-відновлювальної реакції за участю іонів літію.
Показано, що зі шпінеллю ХДМ отримані ємнісні характеристики
перевищують характеристики інших матеріалів на 20%. А із карбонатною
шпінеллю ємнісні характеристики на 30% вищі у матеріалах з графеном, що
синтезований з азотного середовища. Проведено порівняльний аналіз графен-
шпінельних систем з графіт –шпінельними, де показано повну втрату ємності
систем з графітом при високих струмових навантаженнях понад 6С.
