Введение
Глава 1. Обзор литературы 14
1.1. Литий-кислородные аккумуляторы с водными и апротонными электролитами... 14
1.2. Основные фундаментальные проблемы в разработке литий-кислородных аккумуляторов 17
1.3. Реакция восстановления кислорода в апротонных средах
1.3.1. Электрохимическое восстановление кислорода в различных фоновых электролитах 19
1.3.2. Восстановление кислорода в апротонных средах в присутствии ионов
1.3.3. Побочные химические реакции продуктов восстановления кислорода с растворителями 24
1.3.4. Материалы катодов и их реакционная способность по отношению к продуктам
1.4. Структура и свойства пероксида лития 35
1.5. In situ и operando методы исследования процессов, протекающих при восстановлении кислорода в электрохимических системах
1.5.1. Дифференциальная электрохимическая масс-спектрометрия 37
1.5.2. Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния 38
1.5.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия при давлении, близком к атмосферному 39
1.5.4. Метод электрохимического кварцевого микровзешивания 40
1.5.5. Рентгеновская дифракция 41
1.5.6. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия 42
1.6. Графен - синтез, структура, легирование 44
1.6.1. Структура и синтез графена 44
1.6.2. Собственные и примесные дефекты в графене 46
Точечные дефекты 46
1.6.3. Графен, окисленный атомарным кислородом 60
1.6.4. Графен, легированный азотом и бором 63
Глава 2. Синтез и характеристика углеродных материалов. Методики исследований 69
2.1. Синтез углеродных материалов 69
2.1.1. Углеродные наностенки 69
2.1.2. Углеродные наноленты 69
2.1.3. Однослойный графен
2.2. Сборка электрохимических ячеек для operando исследований 74
2.3. Синтез оксидов, пероксидов и надпероксидов лития и калия на поверхности углеродных материалов
2.3.1. Синтез оксида и пероксида лития 76
2.3.2. Синтез надпероксида лития 76
2.3.3. Синтез надпероксида калия 76
2.4. Методики исследований 77
2.4.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 77
2.4.2. Ближняя тонкая структура рентгеновских спектров поглощения 85
2.4.3. Дифракция медленных электронов 89
2.4.4. Растровая электронная микроскопия 89
2.4.5. Сканирующая туннельная микроскопия 89
2.4.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния 90
2.4.7. Квантово-химическое моделирование 90
Глава 3. Исследование химических реакций углеродных материалов с оксидами, пероксидами и надпероксидами щелочных металлов 91
3.1. Реакционная способность углеродных материалов по отношению к оксиду и пероксиду лития 91
3.2. Реакционная способность графена по отношению к надпероксидам лития и калия. 103
3.3. Влияние дефектов, примесных атомов и функциональных групп на деградацию углеродных материалов 114
3.3.1. Роль структурного совершенства графена и точечных дефектов 114
3.3.2. Влияние кислород-содержащих функциональных групп 126
3.3.3. Роль примесных атомов в решетке графена 129
3.4. Механизм химической деградации графена 136
Глава 4. Operando исследования восстановления кислорода и деградации углеродных электродов в модельных электрохимических системах 146
4.1. Электрохимическая ячейка для операндо исследований методом РФЭС 146
4.2. Состав продуктов и интермедиатов электрохимических и побочных химических реакций, динамика разрастания продукта 152
4.3. Влияние кислород-содержащих функциональных групп на скорость деградации графена 157
Выводы 161
Приложение А. Влияние рентгеновского излучения на структуру и состав химических соединений 162
Благодарности 167
Литература 168
