Электрохимические и радиационно-химические процессы: кинетика и механизм, основы получения новых соединений и оптимизации функциональных материалов

В отчетный период исследования проводились в нескольких направлениях, включающих экспериментальные электрохимические и радиационно-химические исследования, исследования кинетики и механизмов формирования и растворения плёнок анодных оксидов титана алюминия, квантово-химические расчеты, а также разработку новых методик синтеза перспективных материалов и электролитов для электрохимической энергетики, тестирование их функциональных характеристик и определение новых возможных областей применения. 1.Разработан способ контроля и мониторинга при катодном осаждении нестехиометрических оксидов марганца (бирнесситов) из щелочных перманганатных растворов, основанный на кулонометрическом анализе наблюдаемых устойчивых осцилляций тока. 2.Впервые на электродах, поверхность которых механически обновляется срезом in situ (т.е. без разрыва электрохимической цепи), практически реализована методика измерения температурного скачка потенциала, вызванного импульсным лазерным разогревом. 3. Исследовано влияние малых добавок серебра в электролитический осадок палладия на его структуру и коррозионную стойкость. С использованием физико-химических и электрохимических методов найдено, что в объеме и поверхностном слое свежеполученного осадка присутствуют две фазы - палладия и твердого раствора PdAg. 4.Проведена модификация наноколичествами платины карбидов ZrC и NbC методом прямого бестокового вытеснения в растворах тетрахлорплатинита. Полученные композиты Pt(ZrC) и Pt(NbC) показали высокую активность в реакции выделения водорода в кислых растворах. 5. Предложен и апробирован метод определения констант прочности супрамолекулярных катионных комплексов на базе импедансметрических данных. Оценка, выполненная с использованием данных для систем Na2SO4/K2SO4 + СВ6, показала, что расхождение найденных для комплексов Na+*СВ6 и K+*СВ6 констант с приведенными в литературе составляет 1-2%. 6.Исследованы катодные и анодные материалы для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, включая разработку их методик синтеза, анализ их фазового состава и кристаллической структуры, электрохимических свойств и других параметров. Разработаны методы повышения энергоемкости литий-ионных аккумуляторов на основе фосфатной технологии катодов. Проведены исследования и получены новые данные в рамках трех основных концепций повышения высоковольтной устойчивости электролита – введение добавок, повышение концентрации соли и использование стабильных растворителей. В рамках исследований катодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов впервые получены и охарактеризованы твердые растворы Na3V2-xScx(PO4)3(0 <x< 2). 7. Впервые показана возможность "квазиодностадийного» радиационно-индуцированного синтеза ряда функциональных молекул, в частности, формамида, изоацетонитрила и ацетамида из изолированных межмолекулярных комплексов простых молекул, распространённых в космической среде (оксид углерода, аммиак, ацетилен). Структура и геометрия исходных комплексов и промежуточных продуктов их превращений были охарактеризованы с помощью квантово-химических расчётов на уровне теории связанных кластеров CCSD(T). Исследования радиационно-индуцированных превращений молекул дифторметана и его комплексов с кислородсодержащими соединениями позволили впервые охарактеризовать колебательные спектры некоторых химически активных промежуточных продуктов, в частности, катионов CF2+ и метастабильных комплексов фторкислородсодержащих соединений. 8. Проанализированы численно смоделированные хроноамперограммы и вольтамперограммы окислительно-восстановительных процессов, не осложненных образованием новой фазы, в условиях ограниченной геометрии. Показано, что их основной особенностью является переход от внутренней диффузии в каналах темплата к внешней. Предложена методика аналитического описания транзиентов тока при темплатном электроосаждении металла в пористые пленки анодного оксида алюминия (АОА). Проведено темплатное электроосаждение меди и золота. Измерены характеристики структуры пленок АОА, включая конусность пор и количество тупиковых каналов, исследовано влияние этих особенностей на процесс темплатного электроосаждения. Были получены одномерные фотонные кристаллы (ФК) и оптические микрорезонаторы на основе пористых плёнок анатаза с различным положением характеристических пиков на оптическом спектре (в диапазоне длин волн 350–1200 нм), исследованы структура, оптические и фотокаталитические свойства образцов. В исследованиях использовались современные экспериментальные и расчетные методы и методики, что позволило получить ряд принципиально новых и важных научных результатов и решить актуальные прикладные задачи.