27. augustil kaitseb Vladislav Ivaništšev doktoritööd teemal "Elektrilise kaksikkihi ehitus ja ioonide adsorptsiooni kineetika metallelektroodidel toatemperatuuril vedelatest sooladest"
Juhendaja: prof. Enn Lust (PhD), TÜ Keemia Instituut
Oponent: Ass.prof. Irina Petrushina (PhD), Technical University of Denmark
Lühikokkuvõte:
Toatemperatuuril vedelas olekus ioonsete vedelike (RTIL, Room Temperature Ionic Liquids) uurimine on üks populaarsemaid kaasaegse keemia suundi. Lai ideaalse polariseeritavuse ala, hea ioonjuhtivus, aktsepteeritav viskoossus, kõrge termiline stabiilsus, väga madal aururõhk ning võime lahustada paljusid keemilisi aineid teeb RTIL-idest huvitava elektrolüüdi elektrokeemiliste rakenduste jaoks. Võrreldes levinud orgaaniliste ühenditega on neil madal toksilisus ja nad ei ole kergesti süttivad. Peale selle võimaldab ioonide keemilise koostise või isegi ainult alküülrühmade pikkuse varieerimine muuta RTIL-ide füüsikalis-keemilisi omadusi nagu viskoossus, juhtivus, katalüütiline aktiivsus, sulamistemperatuur jne. Seega saab RTIL-e disainida ja sünteesida eri rakenduste jaoks. Detailne arusaamine RTIL-ide struktuurist, termodünaamikast ja kineetikast elektroodi pinnal on ülioluline niisuguste kaasaegsete elektrokeemilisete seadmete konstrueerimisel nagu superkondensaatorid, tehislihased, akud, päikesepatareid jne. Tartu Ülikoolis viiakse läbi kondensaatorite, tehislihaste ja sensorite alaseid uuringuid.
Antud töös uuriti jodiidiooni adsorptsioonikineetikat ja 1-etüül-3-metüülimidasoolium tetrafluoroboraadi elektrokeemilise käitumise seaduspärasusi Cd(0001) elektroodil tsüklilise voltamperomeetria ja elektrokeemilise impedantsspektroskoopia meetoditega. Lisaks alustastati süstemaatilisite kvantkeemiliste uuringutega Tiheduse Funktsionaali Teooria tasemel, mis lõpuks andis parema arusaamise eksperimentaalsetest iodiid-ioonide adsorbtsiooni kirjeldavatest parameetritest Cd(0001) ja Bi(111) elektroodidel. Halogeniidioonide adsorptsioonikineetika uuringud monokristallilistel elektroodidel oli ja on elektrokeemia üks tähtsamatest suundadest siiani. Siinkohal on huvitav märkida, et nii vesilahuses kui ioonses vedelikus toimub adsorptsiooniprotsess sarnaseid seaduspärasusi järgides, kuigi keemiline koostis ning vedeliku ruumilised omadused on nendel süsteemidel täiesti erinevad. Samas eksperimentaalsed diferentsiaalmahtuvuse sõltuvused temperatuurist on kahe elektrolüüdi jaoks erinevad tulenevalt piirpindade struktuuride erinevusest. Cd(0001) | elektorlüüdi vesilahuse piirpinna jaoks rakendati mudelit, mis efektiivselt kirjeldab piirpinna elektrilise kaksikkihi ehitust kui metall-lahusti dipoolide monokiht ja metall-adsorbeerunud laetud ioonide kihid. Antud mudeli aluseks võeti põhjalikud Tiheduse Funktsionaali Teooria arvutustulemused.
Cd(0001) | RTIL piirpinna puhul esitatud teoreetiline mudel arvestab piirpinna mitmekihilist struktuuri. Järk-järgult "lahustudes", muutub elektriline kaksikkiht koos temperatuuri tõusuga õhemaks, põhjustades diferentsiaalmahtuvuse kasvu temperatuuri tõstmisel. Eksperimentaalsestes uuringutes omandati uusi teadmisi elektrilise kaksikkihi ehituse temperatuurst sõltuvusest, määrati ioonide adsorptioonikineetika parametrid ning analüüsiti elektrolüüdi ja ioonse vedeliku keemilise koostise mõju metal | vedelik piirpinna omadustele. Antud töös esitati eelpool nimetatud süsteemide struktuuri ja omaduste esmane teoreetiline analüüs ja selgitati elektrilise kaksikkihi struktuuri ja mahtuvuse sõltuvust nii temperatuuri kui ka elektroodi pinnalaengu tihedusest.