Synteza oraz charakterystyka właściwości fizykochemicznych modyfikowanych nanocebulek węglowych

Abstract

Badania naukowe dotyczyły poszukiwania układów zawierających nanocebulki węglowe (z ang. Carbon Nano-onion, CNO), które zbudowane są z koncentrycznie ułożonych warstw grafenowych o wzrastającej średnicy, zamkniętych jedna w drugiej. Wzrost aktywności fotochemicznej oraz poprawa właściwości elektrochemicznych nowo otrzymanych materiałów węglowych umożliwiły ich wykorzystanie w organicznych ogniwach fotowoltaicznych lub urządzeniach magazynujących energię. Głównym celem badań była poprawa właściwości fizykochemicznych zmodyfikowanych CNO. Podstawą badań naukowych było opracowanie szeregu metod syntezy układów akceptorowych złożonych z CNO oraz pochodnych ferrocenowych (Fc-CNO) oraz materiałów kompozytowych zawierających CNO i wodorotlenek lub tlenek niklu, bądź cynku. Otrzymane materiały zostały poddane pełnej charakterystyce fizykochemicznej. Kompozyty CNO/Ni(OH)2 i CNO/NiO posiadają obiecujące właściwości elektrochemiczne, dające możliwości wykorzystania ich w urządzeniach magazynujących energię, natomiast kompozyty CNO/ZnO oraz układy Fc-CNO mogą mieć potencjalne zastosowanie w organicznych ogniwach fotowoltaicznych. Wielokierunkowość badań oraz zastosowanie licznych technik pomiarowych pozwoliło na szczegółową analizę otrzymanych nanostruktur węglowych. Modyfikacja powierzchni CNO doprowadziła do zmiany ich właściwości fizykochemicznych. Uzyskane wyniki badań dostarczyły informacji o możliwości zastosowania nowo otrzymanych materiałów węglowych w urządzeniach magazynujących energię oraz w organicznych ogniwach słonecznych.

Novel systems containing carbon nano-onions (CNOs) were investigated. CNOs are spherical structures consisting of hollow fullerene core surrounded by concentric and curved graphene shells with increasing diameters. The increase of photochemical activity and improvement of the electrochemical properties of novel carbon materials provide us with hope ahead of their application in organic photovoltaic cells or energy storage devices. The main aim of research was the improvement of physicochemical properties of modified CNOs. The new synthesis routes of novel materials containing CNOs were developed. Acceptor systems involving the functionalized carbon nano-onion surfaces with ferrocene moieties (Fc-CNOs) and composites containing nickel or zinc hydroxides/oxides and CNOs were obtained. The physicochemical properties of obtained new materials are determined. Composites CNO/Ni(OH)2 and CNO/NiO showed excellent electrochemical properties, so they can be applied as an electroactive material in energy storage devices. The CNO/ZnO composites and Fc-CNO acceptor systems may have potential use in organic solar cells. Application of numerous research methods allowed for complex characterization of the obtained carbon nanostructures. The surface modification of the CNOs led to a change in their physicochemical properties. Based on the results, it has been proved that novel materials containing CNOs could be used in energy storage devices and organic solar cells.