Исследование диапазона потенциалов устойчивости редокс-свойств поли-3,4-этилендиокситиофена

Институт химии СПбГУ, Санкт-Петербург

Проводящие органические полимеры остаются предметом активных фундаментальных и прикладных исследований. Среди большого числа проводящих полимеров с сопряженными связями поли-3,4-этилендиокситиофен (PEDOT) является предметом повышенного интереса исследователей вследствие высокой химической устойчивости и электроактивности в органических и водных растворах электролитов. Однако для практического использования полимера и создания на его основе перспективных электродных материалов с энергозапасающими свойствами встает вопрос о рабочем диапазоне устойчивой редокс-активности PEDOT.

Под рабочим диапазоном электроактивных веществ понимают такой диапазон потенциалов, в котором наблюдается стабильное электрохимическое поведение (т.е. стабильные во времени электрохимические отклики). Для органических полимеров существует предел по положительному значению потенциала циклирования, при котором возможен процесс так называемого «переокисления» полимера, приводящего к значительному изменению свойств пленки. Изучение процессов деградации полимера в ходе переокисления важно для понимания пределов устойчивой работы полимера в различных устройствах в присутствии разных растворителей и электролитов. На основе таких исследований возможна дальнейшая разработка материалов и подбор условий их оптимального применения.

В данной работе проведено исследование процессов переокисления пленок PEDOT на стеклоуглеродном и золотом электродах в водном электролите (растворе серной кислоты). Синтез пленок осуществлялся гальваностатически из раствора 0.05M EDOT/0.1M LiClO₄/CH₃CN в течение 200 секунд. Исследования проводили методами циклической вольтамперометрии (ЦВА), спектроскопии электрохимического импеданса. Выявлена область потенциалов (до 1.3÷1.5В отн. х.с.э.), после циклирования в которой пленка изменяет свои электрохимические свойства и начинает деградировать. Установлено, что на анодной ветви ЦВА первого цикла сначала наблюдается значительное возрастание тока при циклировании потенциала электрода до E_up=1.4В, затем происходит значительное падение анодных токов, что свидетельствует о потере электроактивности полимера после захождения до E_up=1.4В. На импедансных спектрах после регистрации ЦВА PEDOT до E_up=1.4В в области высоких частот появляется полуокружность, свидетельствующая о сопротивлении переносу заряда в переокисленной системе, которой не наблюдалось для пленок, проциклированных в их рабочем диапазоне (до 1.3В отн. х.с.э.). Методом сканирующей электронной спектроскопии исследовано влияние процесса переокисления на морфологию полимера.

Исследования методами сканирующей электронной микроскопией и энергодисперсионным рентгеновским анализом были проведены с использованием оборудования ресурсного центра Научного парка СПБГУ «Нанотехнологии». Выражаем благодарность РОЦ «Химия» за предоставленное в использование оборудование. Работа выполнена при финансировании гранта РФФИ №16-03-00457.