Электрохимия наноструктурированного углерода

Одна из первых работ по электрохимии нанотрубных электродов появилось в 1996 г. [31]. С тех пор число публикации посвященных исследованию электрохимии углеродных нанотрубок постоянно возрастает.

Рассмотрены результаты исследований электрохимического поведения электродов, состоящих из нанострукурированного углерода (однои многослойных нанотрубок, нанобумаги, нановолокон), и традиционных электродов, модифицированных такими наноформами. Выявлены специфические особенности протекания электродных реакций на модифицированных электродах, не связанные с большой величиной их удельной поверхности.

В конце прошлого века многие исследователи начали декларировать перспективность применения нанотрубных углеродных материалов в электрохимии. Наиболее привлекательными областями их применения считали следующие: в суперконденсаторах [32−35], в литиевых батареях [36−38], в качестве накопителей водорода [39−41] электрохимических сенсоров [42−44]. Также предполагалось использование таких материалов в качестве электродов с электрокаталитическими свойствами [45,46]. Поэтому исследование электрохимии нанотрубных электродов было включено в тематику многих научных центров. По истечении около 10 лет можно подвести промежуточные итоги.

В данном обзоре основное внимание уделено специфическим особенностям протекания реакций, обусловленным эффектами, не связанными с большой величиной удельной поверхности, на электродах, содержащих наноструктурированный углерод различной морфологии. К таковым, в частности, можно отнести снижение перенапряжения, изменение механизмов электровосстановления (ЭВ) и электроокисления (ЭО) органических и неорганических деполяризаторов, электрокатализ, увеличение чувствительности электрохимического детектирования микропримесей. Представляется очевидным, что причинами этих эффектов, отсутствующих в случае обычных углеродных материалов, могут быть либо наличие на поверхности наноструктурированных электродов участков с большой кривизной (обусловленной присутствием линейных и точечных топологических дефектов, открытых концов нанотрубок и т. д.), либо функционализация углеродных наноматериалов.

Боковая поверхность нанотрубок, особенно однослойных, также имеет большую кривизну, однако, по мнению большинства авторов, электрохимические свойства бездефектной боковой поверхности не отличаются от аналогичных свойств обычных углеродных материалов. В частности, для обнаружения и идентификации дефектов используется эффект существенного снижения перенапряжения восстановления серебра на дефектной поверхности нанотрубок по сравнению с перенапряжением на бездефектной поверхности. В обзоре проведен краткий анализ влияния строения поверхности нанотрубок на их физические параметры, которые могут отразиться на электрохимических характеристиках. В отсутствие такого влияния электрохимия наноструктурированного углерода сведется к одному из многочисленных разделов электрохимии углеродных материалов.