Interaction of electrolyte molecules with the surface  of porous carbon: NMR study

І.М. Будзуляк; Л.С. Яблонь; В.О. Коцюбинський; Б.І. Рачій; І.І. Будзуляк; В.М. Бойчук; Р.В. Ільницький; Р.І. Кривулич

doi:10.15330/pcss.25.1.212-216

Автор(и)

І.М. Будзуляк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Л.С. Яблонь Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
В.О. Коцюбинський Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Б.І. Рачій Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
І.І. Будзуляк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
В.М. Бойчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Р.В. Ільницький Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Р.І. Кривулич Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.212-216

Ключові слова:

конденсатор подвійного електричного шару, ЯМР, пористий вуглець, електроліт

Анотація

Електрохімічні конденсатори подвійного електричного шару використовують пористий вуглець як електродний матеріал, і покращення їхньої роботи вимагає розуміння взаємодії поверхні вуглецю та електроліту. Методами ЯМР ¹³C, ¹⁴N і ¹¹B вивчено поведінку електролітів [C(OCH₃)₃NH₃]⁺Cl^- і [N(CH₂CH₃)]⁺BF₄^- на поверхні пористого вуглецю в розчинах D₂O. У фрагментах N–C виявлено хімічний зсув ¹³C, що свідчить про перерозподіл електронної густини між атомами азоту та алкільними фрагментами. Наявність сигналу з хімічним зсувом d = 7,7 є доказом структурування частинок електроліту [N(CH₂CH₃)]⁺BF₄^- поблизу поверхні вуглецю в D₂O.

Посилання

B.E. Conway, Electrochemical behavior at porous electrodes; applications to capacitors. in Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications, 377 (1999); https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3058-6_14.

B.I. Rachiy, I.M. Budzulyak, V.M. Vashchynsky, N.Y. Ivanichok, M.O. Nykoliuk, Electrochemical properties of nanoporous carbon material in aqueous electrolytes, Nanoscale Research Letters, 11, 1 (2016); https://doi.org/10.1186/s11671-016-1241-z.

V. Boychuk, V. Kotsyubynsky, A. Kachmar, S. Budzulyak, I. Budzulyak, B. Rachiy, L. Yablon, Effect of Synthesis Conditions on Pseudocapacitance Properties of Nitrogen-Doped Porous Carbon Materials, Journal of Nano Research, 59, 112 (2019); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.59.112.

L.O. Shyyko, V.O. Kotsyubynsky, I.M. Budzulyak, P. Sagan, MoS2/C multilayer nanospheres as an electrode base for lithium power sources, Nanoscale research letters, 11, 1 (2016); https://doi.org/10.1186/s11671-016-1451-4.

L. Borchardt, M. Oschatz, S. Paasch, S. Kaskel, E. Brunner, Interaction of electrolyte molecules with carbon materials of well-defined porosity: characterization by solid-state NMR spectroscopy, Physical Chemistry Chemical Physics, 15(36), 15177 (2013); https://doi.org/10.1039/C3CP52283K.

Z. Lin, P.L. Taberna, P. Simon, Advanced analytical techniques to characterize materials for electrochemical capacitors. Current Opinion in Electrochemistry, 9, 18 (2018); https://doi.org/10.1016/j.coelec.2018.03.004.

H. Wang, A.C. Forse, J.M. Griffin, N.M. Trease, L. Trognko, P.L. Taberna, C.P. Grey, In situ NMR spectroscopy of supercapacitors: insight into the charge storage mechanism. Journal of the American Chemical Society, 135(50), 18968 (2013); https://doi.org/10.1021/ja410287s.

F. Blanc, M. Leskes, C. P. Grey, In situ solid-state NMR spectroscopy of electrochemical cells: batteries, supercapacitors, and fuel cells, .Accounts of chemical research, 46(9), 1952 (2013); https://doi.org/10.1021/ar400022u.

V. Kotsyubynsky, B. Rachiy, V. Boychuk, I. Budzulyak, L. Turovska, M. Hodlevska, Correlation between structural properties and electrical conductivity of porous carbon derived from hemp bast fiber, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 30(8), 873 (2022); https://doi.org/10.1080/1536383X.2022.2033729.