Индуцированные зарядом изменения структуры одномерного йода внутри одностенных углеродных нанотрубок маленького диаметра

Индуцированные зарядом изменения структуры одномерного йода внутри одностенных углеродных нанотрубок маленького диаметра

Пресс-релиз публикации: A.A. Tonkikh, D.V. Rybkovskiy, E.D. Obraztsova, “Charge-induced structure variations of 1D-iodine inside thin SWCNTs”, The Journal of Physical Chemistry C, 127 (6), 3005-3012, 2023. DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c06920

Пресс-релиз в формате PDF

Авторами работы была сконструирована электрохимическая ячейка типа “суперконденсатор”, где рабочим электродом являлась пленка из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), заполненных йодом (Рис. 1). В данном случае нанотрубки играли роль электрического контакта для переноса заряда, а также нанореактора для образования одномерного йода.

Известно, что основными единицами, из которых состоят одномерные объекты йода (и других галогенов), являются молекулярные анионы, например I_2-, I_3-, I_5-. Благодаря тому, что для этих молекулярных анионов характерны уникальные моды комбинационного рассеяния (КР) света, мы смогли наблюдать in situ индуцированную зарядом (легированием) трансформацию одномерных объектов йода внутри ОУНТ. В спектрах КР изменения в структуре одномерного йода проявились в зависящем от заряда (уровня легирования) перераспределении интенсивностей КР мод молекулярных анионов. Так, при электронном легировании (n - типа) системы йод@ОУНТ наблюдается значительное увеличение интенсивности КР моды, связанной с молекулярными анионами I_3-, и практически полное подавление моды анионов I_5- (Рис. 2). При p-легировании наблюдается последовательное подавление моды анионов I_3-, а затем моды анионов I_5-.

Для описания варьирования одномерной структуры йода предложена модель, которая рассматривает одномерный йод как совокупность слабо взаимодействующих анионов. Эта модель дает более глубокое представление о структурных и фазовых переходах вида Пайерлса. С точки зрения прикладных задач, эти результаты являются шагом к производству наноразмерных элементов, свойства которых можно модулировать, а главное, эти изменения можно обнаружить и предсказать. Другим важным применением является использование таких объектов в качестве маркера локального заряда и распределения заряда по поверхности, например, электродов в электрохимических ячейках.

Пресс-релиз подготовил: старший научный сотрудник ОСПЯ ЦЕНИ ИОФ РАН, кандидат физико-математических наук Тонких Александр Александрович.

Рис. 1. Схема электрохимической ячейки (a) и процесса заряжения иод@ОУНТ (б) (Источник: A.A. Tonkikh, D.V. Rybkovskiy, E.D. Obraztsova, “Charge-induced structure variations of 1D-iodine inside thin SWCNTs”, The Journal of Physical Chemistry C, 127 (6), 3005-3012, 2023. DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c06920)

Рис. 2. Зависимость спектров комбинационного рассеяния (КР) света полииодидов внутри нанотрубок от приложенного электрохимического потенциала (Источник: A.A. Tonkikh, D.V. Rybkovskiy, E.D. Obraztsova, “Charge-induced structure variations of 1D-iodine inside thin SWCNTs”, The Journal of Physical Chemistry C, 127 (6), 3005-3012, 2023. DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c06920)