Nanostructures of electro-conducting polymers and carbon nanomaterials produced by their carbonization

Abstract

Конјуговани полимери који имају способност да проводе електричну струју – електропроводни полимери, представљају посебну класу синтетичких полимера. Типични примери су полианилин (PANI), полипирол (PPy), политиофен (PTh) и њихови деривати. Ови полимери припадају такозваним ‘интелигентним материјалима’ зато што поседују комплексне и динамичке структуре чијим дизајнирањем се могу подешавати и контролисати њихова својства, односно подешавати њихов одговор на различите стимулусе. Током протекле деценије убрзано се повећало интересовање за наноструктуре електропроводних полимера. Оне су изазвале велико интересовање, како са фундаменталног аспекта тако и са аспекта примена, захваљујући побољшаним својствима. Овај рад је посебно фокусиран на најважније резултате наших истраживања у области синтезе, механизма формирања и физичкохемијских својстава наноструктура PANI и PPy. Угљенични наноматеријали представљају другу велику групу напредних материјала који су били предмет опсежних истраживања због својих интересантних својстава и разноврсних примена. Посебна пажња је била посвећена угљеничним наноструктурама допираним ковалентно везаним хетероатомима (N, B, P, итд.), чије увођење води побољшању својстава. Ми смо развијали нове N-допиране електропроводне угљеничне наноматеријале применом једноставне методе карбонизације наноструктурних полианилина. Морфологија и својства ових угљеничних наноматеријала могу се подешавати погодним избором морфологије и својстава полимерног прекурсора и задавањем одговарајућих услова карбонизације. Ова класа наноматеријала показује одличне перформансе код различитих примена (суперкондензатори, електрокатализа, фотокатализа и др.). У раду су презентовани одабрани резултати наших истраживања на пољу угљеничних наноматеријала добијених из наноструктурних PANI и PPy.

Conjugated polymers that are able to conduct electricity ‒ electroconducting polymers constitute a separate class of synthetic polymers. Typical examples are polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), polythiophene (PTh), and their derivatives. These polymers belong to the so-called ‘intelligent materials’ since they possess complex and dynamic structures owing to whose design their properties can be tuned and controlled, and their response to various stimuli can be manipulated. Over the past decade there has been rapidly increasing interest in the nanostructures of electroconducting polymers. They have elicited much interest because of fundamental aspects and their increased applicability, owing to their enhanced properties. This paper focuses specifically on the most important findings of our research related to the synthesis, mechanism of formation, and physicochemical properties of PANI and PPy nanostructures. Carbon nanomaterials constitute another large group of advanced materials that have been the subject of extensive research because of their interesting properties and versatile applicability. Particular attention is drawn on carbon nanostructures doped by covalently bonded heteroatoms (N, B, P, etc.), the introduction of which have led to their improved properties. We have been developing novel N-doped electroconducting carbon nanomaterials by applying the simple method of carbonization of nanostructured PANIs. The morphology and properties of produced carbon nanomaterials can be tuned by making an appropriate choice of polymer precursor’s morphology and properties and by setting appropriate carbonization conditions. This class of nanomaterials exhibits excellent performance in terms of their versatile applicability (supercapacitors, electrocatalysis, photocatalysis, etc.). The selected results of our research on carbon nanomaterials produced from nanostructured PANIs and PPys are presented.