Ηλεκτροχημική σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοσύνθετων σουλφονικών παραγώγων πολυανιλίνης – Ni(OH)2 σε ανοξείδωτο χάλυβα για αποθήκευση ενέργειας, αντιδιαβρωτική προστασία και ηλεκτροκατάλυση
Creators: name: Μαρουσιάδου, Ειρήνη Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Συμπολυμερή πολυανιλίνης
Αμινοβενζοσουλφονικά οξέα
Νανοσύνθετα υμένια συμπολυμερούς – Ni(OH)2
Polyaniline – based copolymers
Aminobenzosulfonic acids
Ni(OH)2 – copolymer nanocomposite

description: Ο στόχος της έρευνας αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η ηλεκτροχημική σύνθεση και ο χαρακτηρισμός μίκρο- και νανοσύνθετων υμενίων συμπολυμερών εσωτερικής πρόσμειξης ανιλίνης (ANI) – αμινοβενζοσουλφονικού οξέος (ABSA) με νανοσωματίδια (NPs) Ni(OH)2 σε ηλεκτρόδιο ανοξείδωτου χάλυβα AISI 304 (stainless steel, SS). Το ΑΒSA που μελετήθηκε κυρίως ήταν το 1,4–υποκατεστημένο παράγωγο (σoυλφανιλικό, SA). Επιπλέον, εξετάσθηκαν συγκριτικά τα 1,2– (ορθανιλικό, OA) και 1,3–(μετανιλικό, MA) υποκατεστημένα ΑΒSA. Η ηλεκτροχημική σύνθεση των υβριδικών λεπτών υμενίων πραγματοποιήθηκε μέσω μεθόδου δύο-βημάτων. Στο πρώτο βήμα, ένα λεπτό υμένιο του συμπολυμερούς P(ANI–co–ABSA) σχηματίστηκε στο ηλεκτρόδιο SS μέσω κυκλικής βολταμμετρίας (εφαρμογή διαδοχικών τριγωνικών παλμών δυναμικού μεταξύ ενός καθορισμένου παράθυρου δυναμικού) από μείγμα πολυμερισμού που περιείχε μόνο ANI και ABSA. Στο δεύτερο βήμα, το ηλεκτρόδιο SS | P(ANI–co–ABSA) μεταφέρθηκε σε διάλυμα Ni(NO3)26H2O όπου, παρουσία κατιόντων Ni2+, η παραγωγή OH– μέσω ηλεκτροχημικής αναγωγής NO3– κάτω από ποτενσιοστατικές συνθήκες οδήγησε άμεσα στο σχηματισμό α–φάσης Ni(OH)2 NPs. Χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικοί χρόνοι απόθεσης, ώστε να ελεγχθεί η επίδραση του χρόνου στο πλήθος και το μέγεθος των σωματιδίων. Ο έλεγχος σχηματισμού των υμενίων SS | P(ANI–co–ABSA) – Ni(OH)2 πραγματοποιήθηκε καταγράφοντας την οξειδοαναγωγική απόκριση των υμενίων με χρήση κυκλικής βολταμμετρίας. Έτσι λαμβάνει χώρα η αντιστρεπτή οξείδωση ενός ηλεκτρονίου του Ni(OH)2 σε NiOOH. Επιπλέον, οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες των υλικών P(ANI–co–ABSA)–Ni(OH)2 διερευνήθηκαν μέσω της φασματοσκοπίας ηλεκτροχημικής εμπέδησης (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) και καμπυλών γαλβανοστατικής φόρτισης–εκφόρτισης. Η μορφολογία των υμενίων εξετάσθηκε με χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM) ενώ η σύσταση τους χαρακτηρίστηκε μέσω ανάλυσης με φασματοσκοπία εκπομπής ακτινών–Χ (Electron Dispersive X–ray Spectroscopy, EDS). Η μικροσκοπία ατομικής δύναμης (Atomic Force Microscopy, AFM) χρησιμοποιήθηκε, επίσης, για να αποκαλύψει την τοπογραφία της επιφάνειας λεπτών υμενίων. Ανάλογα με το φορτίο των NPs, μέτριες έως υψηλές τιμές ειδικής χωρητικότητας βρέθηκαν σε αλκαλικά μέσα για όλα τα συμπολυμερή σε συμφωνία με παρόμοιες μορφολογίες που παρατηρήθηκαν στις εικόνες SEM. Η ειδική χωρητικότητα των ηλεκτροδίων SS | P(ANI–co–ABSA)–Ni(OH)2 ήταν υψηλότερη από αυτήν που ελήφθη για τα ηλεκτρόδια SS | PANI–Ni(OH)2. Τέλος, έγιναν κάποια πειράματα για να εξεταστούν οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες των ηλεκτροδίων σε διάλυμα NaCl, καθώς και οι ηλεκτροκαταλυτικές τους ιδιότητες για την οξείδωση της MeOH.
description: The goal of the research for this M.Sc. thesis is the electrochemical synthesis and characterization of micro- and nanocomposite films of self-doped copolymers of aniline (ANI) with 1,2–, 1,3–, and 1,4–aminobenzosulfonic acid (ABSA) filled with Ni(OH)2 nanoparticles (NPs) on AISI 304 stainless steel (SS) electrode. The electrochemical synthesis of the hybrid thin films was carried out via a two-step method. In the first step, a thin film of the copolymer P(ANI–co–ABSA) was formed on the SS electrode by cyclic voltammetry (application of successive triangular pulses of potential within a fixed potential range) from a polymerization mixture comprising only ANI and ABSA. In the second step, the P(ANI–co–ABSA) – coated SS electrode was transferred into Ni(NO3)26H2O solution where, in the presence of Ni2+, the generation of OH– through the electrochemical reduction of NO3– under potentiostatic conditions lead directly to the formation of a–phase Ni(OH)2 NPs. Different deposition times were used, in order to control the influence of time on the amount and the size of the particles. The control of the formation of P(ANI–co–ABSA)–Ni(OH)2 composite films was carried out by recording the redox response of the film in NaOH solution by using cyclic voltammetry. This comprises the one-electron reversible oxidation of Ni(OH)2 to NiOOH. The electrochemical properties of the P(ANI–co–ABSA)–Ni(OH)2 materials were also investigated via the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic charge-discharge curves. The morphology of the films was examined using Scanning Electron Microscopy (SEM) whereas their composition was characterized via the EDS (Electron Dispersive X–ray Spectroscopy) analysis. Atomic force microscopy (AFM) was also used to reveal the topography of surface thin films. Depending on the load of NPs, moderate to high values of specific capacitance were found in alkaline media for all copolymers in agreement with similar morphologies observed in SEM images. The specific capacitance of the SS | P(ANI–co–ABSA)–Ni(OH)2 electrodes was higher than that obtained for the SS | PANI–Ni(OH)2 electrodes. Finally, some experiments were conducted to examine the electrodes’ anti-corrosive properties in NaCl solution, as well as their electrocatalytic properties for the oxidation of MeOH.