Спосіб одержання трикомпонентних гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн на основі v2o5

1. Спосіб одержання трикомпонентних гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн, що включає V2O5, поліетиленоксид (ПЕО) та електропровідний полімер (поліаніліну, поліпіролу або політіофену), який відрізняється тим, що вихідний 1-2%-ний U 2 16954 1 3 Cantu, P. Gomez-Romero. J. New Mat. Electrochem. Syst., 1999, №2, p.142-144]. Нанокомпозит, V2O5(ПАн)0,6∙0,3Н2О, який виготовляється таким чином, характеризується питомою розрядною ємністю 161мА∙год./г [М. LiraCantu, G. Torres-Gomez and P. Gomez-Romero, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1999, Vol.548, p.367376], що обумовлено його хімічною структурою та умовами одержання. Однак, наявні величини питомої розрядної ємності, а також швидкості дифузії іонів літію є недостатніми для виготовлення високоефективних катодів літієвих акумуляторів. Основою корисної моделі постала задача створення способу одержання трикомпонентних гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн на основі V2O5, в міжшаровому просторі наночастинок якого одночасно розташовані макромолекули полімерів з різним типом електропровідності - електронним (ЕПП типу ПАн, ППі, ПТф та ін.) та іонним (поліетиленоксиду, ПЕО), - які забезпечують утворення хімічної структури нанокомпозиту, необхідної для більш ефективної роботи катодів літієвих акумуляторів за рахунок використання інших умов синтезу та введення в гібридний нанокомпозит нової компоненти - ПЕО, здатної покращити транспорт іонів літію в процесі заряд-розряду. Задача вирішується способом одержання трикомпонентних гібридних нанокомпозитів типу гістьхазяїн на основі V2O5, EПП і ПЕО шляхом перемішування 1-2%-ного водного розчину ПЕО з 0,11,0%-ним водним золем V2O5, додавання мономеру (аніліну, піролу або бітіофену) до водного розчину нанокомпозиту V2O5/ПЕО у різних мольних співвідношеннях компонент V2O5:ПЕО:мономер для проведення інтеркаляційної полімеризації мономеру у внутрішньому просторі між шарових галерей наночастинок V2O5/ПЕО при постійному перемішуванні розчину при кімнатній температурі (20-22°С) протягом 12 годин. Поєднання нового порядку етапів, інших умов виготовлення та складу нанокомпозитів із введенням всередину частинок V2O5 макромолекул двох полімерів з електропровідністю різної природи змінює структуру гібридного нанокомпозиту настільки, що може забезпечити збільшення питомої розрядної ємності та стабільності при циклюванні в процесі заряд-розряду. Нижче представлено опис технічної реалізації заявленого нами способу. Водний золь V2O5, який використовували для синтезу нанокомпозитів, одержували шляхом вливання в хімічну склянку з дистильованою водою (1л) розтопленого при температурі 800°С порошку V2O5 (8г), витримували його 7 діб, після чого центрифугували і відфільтровували від нерозчинних частинок. Після витримування розчину протягом 1 місяця одержували 0,1-1,0%-ний золь V2O5. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю V2O5 дорівo нює d=11,6 . Для одержання гібридного нанокомпозиту V2O5/ПЕО в стакан наливали золь V2O5 і додавали до нього водний розчин поліетиленоксиду, приготованого набуханням полімеру у дистильованій 16954 4 воді, при інтенсивному перемішуванні за допомогою магнітної мішалки. Через 1 годину отримували гелеподібний продукт V2O5/ПЕО, до якого після розведення водою до одержання однорідного розчину та фільтрування, додавали відповідний мономер (анілін, пірол або бітіофен) для проведення інтеркаліційної окиснювальної полімеризації. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі (20-22°С). Утворений осад темного кольору відфільтровували, ретельно промивали водою та ацетоном. Одержані трикомпонентні гібридні нанокомпозити V2O5/(ПЕО+ЕПП) висушували на повітрі, розтирали у агатовій ступці та очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували спочатку на повітрі, а потім протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. На прикладах 1-7 продемонстровано конкретні параметри реалізації запропонованого способу одержання трикомпонентних гібридних нанокомпозитів типу гість-хазяїн V2O5/(ПЕО+ЕПП). Приклад 1 До 350мл 0,2%-ного водного золю V2O5 (3,8∙10-3моль) додавали 12,6мл 1,32%-ного водного розчину ПЕОв/м в мольному співвідношенні 1:1 при постійному перемішуванні. Через 1 годину отримували гелеподібний продукт V2O5/ПЕОв/м, до якого після розведення водою до 850мл та фільтрування, додавали 0,35мл (3,8∙10-3г-моль) аніліну в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОв/м:анілін= 1:1:1. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад темнозеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОв/м)0,86ПАн0,29 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в o наночастинках ксерогелю V2O5 дорівнює d=14,4 . Приклад 2 До 230мл 0,53%-ного водного золю V2O5 (6,69∙10-3моль) додавали 7,5мл 1%-ного водного розчину ПЕОв/м (1,67∙10-3моль) в мольному співвідношенні 1:0,25 при постійному перемішуванні. Через 1 годину до гелеподібного продукту V2O5/ПЕОв/м, до якого після розведення водою до 650мл та фільтрування, додавали 0,15мл (1,67∙103 моль) аніліну в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОв/м:анілін=1:0,25:0,25. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад темно-зеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОв/м)0,11ПАн0,26 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю o V2O5 дорівнює d=13,95 . Приклад 3 До 500мл 0,35% водного золю V2O5 (9,6∙10-3моль) додавали 42мл 1%-ного водного 5 16954 розчину ПЕОв/м в мольному співвідношенні 1:1 при постійному перемішуванні. Через 1 годину отримували гелеподібний продукт V2O5/ПЕОв/м, до якого після розведення водою до 1000мл та фільтру-3 вання, додавали 0,67мл (9,6∙10 г-моль) піролу в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОв/м:пірол=1:1:1. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад чорного кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОв/м)0,14ППі0,16 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю o V2O5 дорівнює d=13,69 . Приклад 4 До 230мл 0,53%-ного водного золю V2O5 (6,69∙10-3моль) додавали 7,5мл 2%-ного водного розчину ПЕОн/м (3,4∙10-3г-моль) в мольному співвідношенні 1:0,5 при постійному перемішуванні. Через 1 годину до гелеподібного продукту V2O5/ПЕОн/м, до якого після розведення водою до 650мл та фільтрування, додавали 0,3мл (3,4∙10-3гмоль) аніліну в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОн/м:анілін=1:0,5:0,5. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад темно-зеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОн/м)0,11ПАн0,25 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю o V2O5 дорівнює d=13,82 . Приклад 5 До 230мл 0,53%-ного водного золю V2O5 (6,69∙10-3моль) додавали 3,75мл 2%-ного водного розчину ПЕОн/м (1,67∙10-3г-моль) в мольному співвідношенні 1:0,25 при постійному перемішуванні. Через 1 годину до гелеподібного продукту V2O5/ПЕОн/м, до якого після розведення водою до 650мл та фільтрування, додавали 0,15мл (1,67∙10-3г-моль) аніліну в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОн/м:анілін=1:0,25:0,25. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад темно-зеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5 (ПЕОн/м)0,07Пан0,24 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції мі Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 жшарова відстань в наночастинках ксерогелю o V2O5 дорівнює d=13,88 . Приклад 6 До 230мл 0,53%-ного водного золю V2O5 (6,69∙10-3моль) додавали 15мл 1%-ного водного розчину ПЕОв/м (3,4∙10-3г-моль) в мольному співвідношенні 1:0,5 при постійному перемішуванні. Через 1 годину до гелеподібного продукту V2O5/ПЕОв/м, до якого після розведення водою до 650мл та фільтрування, додавали 0,3мл (3,4∙10-3гмоль) аніліну в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОв/м:анілін=1:0,5:0,5. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад темно-зеленого кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОв/м)0,18ПАн0,28 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю o V2O5 дорівнює d=13,97 . Приклад 7 До 5мл 0,41%-ного водного золю V2O5 (1,13∙10-4моль) додавали 0,12мл 1%-ного водного розчину ПЕОв/м в мольному співвідношенні 1:0,25 при постійному перемішуванні. Через 15 хвилин до гелеподібного продукту V2O5/ПЕОв/м, до якого після розведення водою до 20мл та фільтрування, додавали додавали 0,05г (2,8∙10-5моль) бітіофену в мольному співвідношенні V2O5:ПЕОв/м:бітіофен=1:0,25:0,25. Суміш витримували протягом 12 годин при кімнатній температурі. Утворений осад чорного кольору відфільтровували, промивали водою та ацетоном. Одержаний нанокомпозит V2O5(ПЕОв/м)0,10ПТф0,10 висушували на повітрі, очищали шляхом екстракції ацетонітрилом в апараті Сокслета, після чого висушували протягом 5 годин у вакуумі при температурі 80°С. За даними рентгенівської дифракції міжшарова відстань в наночастинках ксерогелю V2O5 дорівo нює d=13,9 . Наведені в прикладах 1-7 дані показують, що трихкомпонентні гібридні нанокомпозити типу гість-хазяїн на основі V2O5, ЕПП і ПЕО, які заявляються, відрізняються від відомих гібридних нанокомпозитів на основі V2O5 і ЕПП тим, що до складу нанокомпозиту також входить іон-провідний полімер ПЕО, який здатен покращити транспорт іонів літію. Слід зазначити, що наведені приклади лише ілюструють створення винаходу, проте не обмежують його. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601