CZ34652U1 - Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene) - Google Patents

Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene) Download PDF

Info

Publication number
CZ34652U1
CZ34652U1 CZ2020-38046U CZ202038046U CZ34652U1 CZ 34652 U1 CZ34652 U1 CZ 34652U1 CZ 202038046 U CZ202038046 U CZ 202038046U CZ 34652 U1 CZ34652 U1 CZ 34652U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
carbon material
mmol
ethylenedioxothiophene
carbon
pedot
Prior art date
Application number
CZ2020-38046U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Lubomír KUBÁČ
František JOSEFÍK
Vítězslav Zima
Marie Boháčová
Original Assignee
Centrum organické chemie s.r.o.
SYNPO, akciová společnost
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centrum organické chemie s.r.o., SYNPO, akciová společnost filed Critical Centrum organické chemie s.r.o.
Priority to CZ2020-38046U priority Critical patent/CZ34652U1/en
Publication of CZ34652U1 publication Critical patent/CZ34652U1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • C01B32/174Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182Graphene
    • C01B32/194After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20Graphite
    • C01B32/21After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/041Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/042Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/36Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/41Compounds containing sulfur bound to oxygen
    • C08K5/42Sulfonic acids; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/142Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1424Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3223Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/70Post-treatment
    • C08G2261/79Post-treatment doping

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká oblasti povrchových úprav, konkrétně uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného poly(3,4-ethylendioxothiofenem).The technical solution relates to the field of surface treatment, in particular to the carbon material of the surface-modified poly (3,4-ethylenedioxothiophene).

Dosavadní stav technikyPrior art

Uhlíkové nanostruktury i vodivé polymery jsou dlouhodobě zkoumanými materiály se širokou škálou využití v oblasti antistatické nebo disipativní úpravy povrchu materiálů, případně přímo jejich modifikace. Oba materiály mají také velké uplatnění v tiskových formulacích určených pro elektrodové, funkční nebo senzorové elektronické systémy vyráběné tiskovými postupy na flexibilních substrátech. V souvislosti s rozvojem flexibilní elektroniky, jakož i systémů pro uchovávání energie jako jsou flexibilní i stacionární baterie, a to jak primární, tak sekundární nebo superkapacitory, se stále častěji objevuje otázka kombinace těchto dvou materiálů. Cílem je propojit vlastnosti obou materiálů tak, aby se zvýšila jejich užitná a aplikační hodnota.Carbon nanostructures and conductive polymers are long-studied materials with a wide range of uses in the field of antistatic or dissipative surface treatment of materials, or their modification. Both materials are also widely used in printing formulations designed for electrode, functional or sensor electronic systems produced by printing processes on flexible substrates. In connection with the development of flexible electronics as well as energy storage systems such as flexible and stationary batteries, both primary and secondary or supercapacitors, the question of the combination of these two materials is increasingly emerging. The aim is to combine the properties of both materials so as to increase their utility and application value.

Uhlíkové nanočástice (carbon nanoparticles, CNP), především uhlíkové nanotrubky agrafeny vykazují vysokou elektrickou vodivost, přestože v tomto směru nedosahují parametrů metalických vrstev. Uhlíkové materiály jsou zkoumány z hlediska jejich aplikace jako transparentní vodivé elektrody pro flexibilní, tištěná elektronická zařízení, ale také jako elektrody pro systémy uchování energie, především pak akumulátory a superkapacitory. Ve všech případech se od těchto materiálů v průmyslovém měřítku očekává možnost snadného nanášení průmyslově dostupnými tiskovými ananášecími technikami. Jedná se především o techniky flexotisk, sítotisk, hlubotisk a slot die. Nově se tyto materiály využívají i při 3D tisku neboli aditivní výrobě. Cílem je připravit definované elektrodové struktury s co možná největší tloušťkou, které budou současně dostatečně homogenní a prostupné pro přenos náboje v celém svém objemu. Z pohledu těchto aplikací mají uvažované uhlíkové nanomateriály velkou nevýhodu v tom, že snadno aglomerují, vytváří neforemné shluky, což je na závadu všem výše zmíněným tiskovým technikám. Řešení tohoto problému dispergačními přísadami způsobuje snížení vodivosti tištěné vrstvy. V neposlední řadě silnější tištěná vrstva uhlíkových nanomateriálů nemá dostatečné vlastnosti z hlediska rovnoměrné mobility náboje v celém svém objemu.Carbon nanoparticles (CNPs), especially carbon nanotubes and graphene, show high electrical conductivity, although in this respect they do not reach the parameters of metallic layers. Carbon materials are investigated in terms of their application as transparent conductive electrodes for flexible, printed electronic devices, but also as electrodes for energy storage systems, especially batteries and supercapacitors. In all cases, these materials are expected to be easy to apply on an industrial scale with industrially available printing and coating techniques. These are mainly flexographic printing, screen printing, gravure printing and slot die printing techniques. Newly, these materials are also used in 3D printing or additive production. The aim is to prepare defined electrode structures with the largest possible thickness, which will be at the same time sufficiently homogeneous and permeable for charge transfer in their entire volume. From the point of view of these applications, the considered carbon nanomaterials have the great disadvantage in that they agglomerate easily, forming amorphous clumps, which is a disadvantage of all the above-mentioned printing techniques. Solving this problem with dispersants causes a reduction in the conductivity of the printed layer. Last but not least, the thicker printed layer of carbon nanomaterials does not have sufficient properties in terms of uniform charge mobility throughout its volume.

Tyto nedostatky jsou v posledních letech postupně eliminovány. Jedním z řešení uvedených problémů může být použití uhlíkových nanomateriálů v kombinaci s vodivými polymery.These shortcomings have been gradually eliminated in recent years. One solution to these problems may be the use of carbon nanomaterials in combination with conductive polymers.

Od aplikací vodivých polymerů na povrch uhlíkových nanomateriálů se očekává, že zlepší jejich povrchové vlastnosti, omezí aglomeraci a současně výrazně nesníží vodivost celého systému. Mezi komerčně nejúspěšnější vodivé polymery patří iontový pár poly(3,4-ethylendioxothiofen)polystyren sulfonát (PEDOT/PSS). Ten se nejčastěji dodává ve formě vodné disperze připravené oxidační polymerací 3,4-ethylendioxothiofenu v přítomnosti nadbytku polystyren sulfonátu. Tím dochází ke vzniku iontového páru dlouhého polymeru, polystyren sulfonátu, s krátkým polymemím řetězcem, PEDOT. Ve vodivé oxidované formě je každá druhá monomemí jednotka PEDOTu kladně nabitá (obsahuje kladnou elektronovou díru) a její náboj je kompenzován záporným nábojem aniontu polystyren sulfonátu. PEDOT/PSS vykazuje prvky elektronové i iontové vodivosti. Pokud je směs alkalizovaná nebo redukovaná, iontový pár se rozpadá, PEDOT přechází do redukované formy a vodivost o několik řádů klesá. Kladem uvedeného systému je to, že PEDOT/PSS má výborné filmotvomé vlastnosti, což vede k vytváření homogenních dobře vodivých filmů. Pokud není dobře připravena disperze nebo dopující aniont není dobře nastaven, pak se i přes velmi dobrou vodivost vlastního materiálu nevytvoří kvalitní dobře vodivý film.The application of conductive polymers to the surface of carbon nanomaterials is expected to improve their surface properties, reduce agglomeration and at the same time not significantly reduce the conductivity of the whole system. Among the most commercially successful conductive polymers is the ion pair poly (3,4-ethylenedioxothiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT / PSS). It is most often supplied in the form of an aqueous dispersion prepared by oxidative polymerization of 3,4-ethylenedioxothiophene in the presence of an excess of polystyrene sulfonate. This creates an ion pair of a long polymer, polystyrene sulfonate, with a short polymer chain, PEDOT. In the conductive oxidized form, every second monomeric unit of the PEDOT is positively charged (it contains a positive electron hole) and its charge is compensated by the negative charge of the anion polystyrene sulfonate. PEDOT / PSS exhibits elements of electronic and ionic conductivity. If the mixture is alkalized or reduced, the ion pair disintegrates, the PEDOT changes to a reduced form, and the conductivity decreases by several orders of magnitude. The advantage of this system is that PEDOT / PSS has excellent film-forming properties, which leads to the formation of homogeneous well-conducting films. If the dispersion is not well prepared or the doping anion is not well set, then despite the very good conductivity of the material itself, a high-quality, well-conducting film is not formed.

-1 CZ 34652 UI-1 CZ 34652 UI

PEDOT/PSS je široce využíván v oblasti flexibilní a tištěné elektroniky jako vynikající přenašeč náboje. Současně se ve značné míře používá k modifikaci disperzí uhlíkových nanomateriálů. Systém jako celek vykazuje zlepšené vlastnosti z hlediska dispergace i přípravy tenkých filmů standardními nanášecími technikami. Stále je však třeba mít na mysli, že se jedná o dvousložkový systém, u kterého není možno zcela přesně definovat, jaký je charakter vazby mezi uhlíkovým materiálem a vodivým polymerem. Navíc se jedná o směs, jejíž složení může být narušeno různými vnějšími vlivy.PEDOT / PSS is widely used in the field of flexible and printed electronics as an excellent charge carrier. At the same time, it is widely used to modify dispersions of carbon nanomaterials. The system as a whole exhibits improved properties in terms of dispersion and preparation of thin films by standard application techniques. However, it should still be borne in mind that this is a two-component system in which it is not possible to define exactly the nature of the bond between the carbon material and the conductive polymer. In addition, it is a mixture whose composition can be disturbed by various external influences.

Alternativní způsob modifikace uhlíkových materiálů je postup, kdy dobře dispergované uhlíkové nanomateriály jsou využity jako adsorpční materiál pro výchozí monomer, 3,4-ethylendioxothiofen, a následně je tato směs podrobena působení oxidačního činidla, např. chloridu železitého, síranu železitého, tosylátu železitého nebo persíranu amonného, draselného nebo sodného. Proběhne tzv. in situ polymerace, kdy se naadsorbované monomery propojí v krátké polymemí jednotky. Vlastnosti takto upravených uhlíkových materiálů se výrazně neliší od dvousložkového systému uhlíkové nanomateriály-PEDOT/PSS. Vodivý polymer je však v systému výrazně lépe fixován.An alternative method of modifying carbon materials is to use well-dispersed carbon nanomaterials as an adsorbent material for the starting monomer, 3,4-ethylenedioxothiophene, and then treat the mixture with an oxidizing agent such as ferric chloride, ferric sulfate, ferric tosylate or persulfate. ammonium, potassium or sodium. The so-called in situ polymerization takes place, when the adsorbed monomers are interconnected in short polymer units. The properties of carbon treated in this way do not differ significantly from the two-component system of carbon nanomaterials-PEDOT / PSS. However, the conductive polymer is significantly better fixed in the system.

Výše popsané způsoby modifikace uhlíkových materiálů, in situ polymerace ani modifikace disperzí PEDOT/PSS, nemají přímý vliv na celkový charakter tištěné vrstvy modifikovaného uhlíkového nanomateriálů. Přídavek PEDOT neumožňuje připravit elektrodové vrstvy, které by měly vyšší kapacitu pro přenos a uchovávání náboje než vrstvy nemodifikovaných uhlíkových nanostruktur.The above-described methods of modification of carbon materials, in situ polymerization or modification of PEDOT / PSS dispersions do not have a direct effect on the overall character of the printed layer of modified carbon nanomaterials. The addition of PEDOT does not make it possible to prepare electrode layers that have a higher charge transfer and storage capacity than layers of unmodified carbon nanostructures.

Úkolem technického řešení je proto vytvoření uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného poly(3,4-ethylendioxothiofenem), který by odstraňoval výše uvedené nedostatky, a který by poskytoval uhlíkový materiál pokrytý různě tlustou vrstvou pevně fixovaného vodivého polymeru podle potřeby na celém povrchu nebo pouze na jeho části pro celou řadu průmyslových aplikací.The task of the technical solution is therefore to create a carbon material of surface-modified poly (3,4-ethylenedioxothiophene), which would eliminate the above-mentioned drawbacks and which would provide carbon material covered with different thicknesses of firmly fixed conductive polymer as needed on all or only part of the surface. for a wide range of industrial applications.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Vytčený úkol je vyřešení pomocí uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného poly(3,4-ethylendioxothiofenem) připravitelného in situ polymerací reakční směsi. Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že reakční směs obsahuje 0,1 až 7 mmol 3,4-ethylendioxothiofenu na 1 g uhlíkového materiálu, dále obsahuje uhlíkový materiál s aromatickou sloučeninou se sulfonovou skupinou a oxidační činidlo. Výchozí uhlíkový materiál má ve své struktuře pomocí C-C vazby reaktivně fixovanou aromatickou sloučeninu s alespoň jednou záporně nabitou sulfonovou skupinou s obsahem 0,6 až 2,5 mmol sulfonových skupin na 1 g uhlíkového materiálu. Uhlíkový materiál má tedy ve své struktuře pomocí C-C vazby reaktivně fixovanou alespoň jednu aromatickou sloučeninu neboli aromatický nosič s alespoň jednou záporně nabitou sulfonovou skupinou tvořící iontový pár s kladně nabitým vodivým polymerem póly (3,4-ethylendioxothiofenem).The stated task is to solve with the help of a carbon material surface-modified poly (3,4-ethylenedioxothiophene) which can be prepared by in situ polymerization of the reaction mixture. The essence of this technical solution lies in the fact that the reaction mixture contains 0.1 to 7 mmol of 3,4-ethylenedioxothiophene per 1 g of carbon material, further it contains a carbon material with an aromatic compound with a sulfone group and an oxidizing agent. The starting carbon material has in its structure a reactively fixed aromatic compound with at least one negatively charged sulfone group containing 0.6 to 2.5 mmol of sulfone groups per 1 g of carbon material by means of a C-C bond. Thus, the carbon material has in its structure at least one aromatic compound reactively fixed by means of a C-C bond or an aromatic support with at least one negatively charged sulfone group forming an ion pair with a positively charged conductive polymer poly (3,4-ethylenedioxothiophene).

Sulfonové skupiny představují systém nosičů záporného náboje, které jsou reaktivně fixované na povrch uhlíkových materiálů, kde tento systém slouží jako dopant polymeru poly(3,4-ethylendioxothiofen) (PEDOT). Pomocí in situ polymerace výchozího monomeru, 3,4-ethylendioxothiofenu, v přítomnosti uhlíkových materiálů modifikovaných sulfonovými skupinami vznikne iontový pár kladně nabitého polymeru, PEDOT, a záporně nabitých sulfonovaných aromatických struktur reaktivně vázaných pomocí C-C vazby na nosnou matrici uhlíkového materiálu. Je tak docíleno toho, že PEDOTje fixován na povrchu uhlíkového materiálu. Nejedná se však o dvousložkový systém, jak je tomu u směsi PEDOT/PSS a uhlíkových nanomateriálů. Tento způsob přípravy umožňuje řízené pokrýt uhlíkový materiál vodivým polymerem PEDOT, podle potřeby buď na celém povrchu, nebo jen na jeho určité části, navíc v rozdílných tloušťkách. Definovaný postup přípravy tedy umožňuje fixování různých množství PEDOT na povrchu uhlíkových materiálů.Sulfone groups are a system of negative charge carriers that are reactively fixed to the surface of carbon materials, where this system serves as a dopant for the polymer poly (3,4-ethylenedioxothiophene) (PEDOT). In situ polymerization of the starting monomer, 3,4-ethylenedioxothiophene, in the presence of sulfone-modified carbon materials produces an ion pair of positively charged polymer, PEDOT, and negatively charged sulfonated aromatic structures reactively bonded via a C-C bond to the carbon matrix support matrix. It is thus achieved that the PEDOT is fixed on the surface of the carbon material. However, it is not a two-component system, as is the case with a mixture of PEDOT / PSS and carbon nanomaterials. This method of preparation makes it possible to cover the carbon material in a controlled manner with a conductive polymer PEDOT, as required either on the entire surface or only on a certain part thereof, in addition in different thicknesses. The defined preparation procedure therefore allows the fixing of different amounts of PEDOT on the surface of carbon materials.

- 2 CZ 34652 UI- 2 CZ 34652 UI

Technické řešení je navrženo především pro uhlíkové nanotrubky, jak jednovrstvé (Single-Walled Carbon Nanotubes - SWCNT), tak vícevrstvé (Multi-Walled Carbon Nanotubes - MWCNT) a jiné uhlíkové materiály jako je grafit, grafen nebo nanografit. Fixace PEDOT na matrici uhlíkového materiálu umožňuje připravit nový typ materiálu, u kterého jsou eliminovány výše zmíněné nedostatky. Disperze takto připravených nano/uhlíkových materiálů je stabilní, a má tedy sníženou tendenci k aglomeraci. Vlastní příprava tenkých vrstev je pak jednodušší a nevyžaduje velké přídavky dispergačních činidel. Takto modifikovaný uhlíkový materiál navíc přináší nové funkční vlastnosti z hlediska jeho využití, např. jako materiál pro senzory nebo pro přípravu elektrodových vrstev. Vrstvu PEDOT lze chápat jako mezivrstvu mezi jednotlivými uhlíkovými částicemi nedochází k jejich aglomeraci a náboj by měl mezi nimi lépe migrovat. Vytvoření vodivé mezivrstvy PEDOT jednotek mezi jednotlivými uhlíkovými jednotkami tedy vytváří prostor pro lepší mobilitu náboje a pro vyšší kapacitu vrstvy uhlíkové matrice.The technical solution is designed primarily for carbon nanotubes, both Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT) and Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) and other carbon materials such as graphite, graphene or nanographite. Fixation of PEDOT on the matrix of carbon material allows to prepare a new type of material, in which the above-mentioned shortcomings are eliminated. The dispersion of the nano / carbon materials thus prepared is stable and thus has a reduced tendency to agglomerate. The actual preparation of the thin layers is then simpler and does not require large additions of dispersants. In addition, the carbon material modified in this way brings new functional properties in terms of its use, for example as a material for sensors or for the preparation of electrode layers. The PEDOT layer can be understood as an intermediate layer between the individual carbon particles, they do not agglomerate and the charge should migrate better between them. The formation of a conductive intermediate layer of PEDOT units between the individual carbon units thus creates space for better charge mobility and for a higher capacity of the carbon matrix layer.

Sendvičová struktura uhlíkového materiálu-sulfonové skupiny-PEDOT neboli CNPSO3H/PEDOT umožňuje vytvoření silnějších vrstev, které jsou funkční v celém svém objemu, což v konečném důsledku přináší snížení plošného odporu oproti standardním vrstvám uhlíkových materiálů. Takto modifikovaný uhlíkový materiál lze navíc využít pro přípravu prostorových elektrodových struktur pomocí 3D tisku.The sandwich structure of the carbon material-sulfone group-PEDOT or CNPSO3H / PEDOT allows the formation of thicker layers that are functional throughout their volume, which ultimately brings a reduction in sheet resistance compared to standard layers of carbon materials. In addition, the carbon material modified in this way can be used for the preparation of spatial electrode structures by means of 3D printing.

Vlastní příprava kompozitu CNP-SO3H/PEDOT sestává ze dvou kroků. Nejprve je provedena fixace aromatického nosiče aniontu, arylsulfonové skupiny, na uhlíkatý materiál a pak je provedena vlastní polymerace EDOTu. Fixace aromatického nosiče aniontu, sulfonové skupiny, se provádí tzv. C-C couplingem, radikálovou nukleofilní aromatickou substitucí. Aromatická sulfonová sloučenina substituovaná amino skupinou je ve vodném prostředí obsahujícím kyselinu chlorovodíkovou nebo sírovou podrobena tzv. diazotaci přídavkem dusitanu sodného při teplotě 0 až 30 °C za vzniku příslušné diazoniové soli. Příkladem použitelných sulfonových sloučenin jsou: 2-aminobenzen-l -sulfonová kyselina, 3 -aminobenzen-1 -sulfonová kyselina, 4-aminobenzen-l -sulfonová kyselina, l-aminonaftalen-4-sulfonová kyselina, l-aminonaftalen-5-sulfonová kyselina, l-aminonaftalen-6-sulfonová kyselina, l-aminonaftalen-7-sulfonová kyselina, l-aminonaftalen-8-sulfonová kyselina, 2-aminonaftalen-l -sulfonová kyselina, 2-aminonaftalen-5-sulfonová kyselina, 2-aminonaftalen-6-sulfonová kyselina, 2-aminonaftalen-7-sulfonová kyselina, 2-aminonaftalen-8-sulfonová kyselina.The actual preparation of the CNP-SO3H / PEDOT composite consists of two steps. First, the aromatic anion carrier, an arylsulfone group, is fixed on a carbonaceous material, and then the actual polymerization of EDOT is performed. Fixation of the aromatic anion carrier, sulfone group, is performed by so-called C-C coupling, radical nucleophilic aromatic substitution. The amino-substituted aromatic sulfone compound is subjected to a so-called diazotization in an aqueous medium containing hydrochloric acid or sulfuric acid by the addition of sodium nitrite at a temperature of 0 to 30 ° C to give the corresponding diazonium salt. Examples of useful sulfonic compounds are: 2-aminobenzene-1-sulfonic acid, 3-aminobenzene-1-sulfonic acid, 4-aminobenzene-1-sulfonic acid, 1-aminonaphthalene-4-sulfonic acid, 1-aminonaphthalene-5-sulfonic acid , 1-aminonaphthalene-6-sulfonic acid, 1-aminonaphthalene-7-sulfonic acid, 1-aminonaphthalene-8-sulfonic acid, 2-aminonaphthalene-1-sulfonic acid, 2-aminonaphthalene-5-sulfonic acid, 2-aminonaphthalene- 6-sulfonic acid, 2-aminonaphthalene-7-sulfonic acid, 2-aminonaphthalene-8-sulfonic acid.

Tato diazoniová sůl se pak použije na C-C coupling. Reakční mechanismus těchto reakcí je schematicky znázorněn na následujícím obrázku. V prvním kroku reakce je vytvořen komplex mezi diazoniovou solí a uhlíkatým materiálem. Následně dochází k uvolnění dusíku a k vytvoření radikálu, který' ihned reaguje s okolními uhlíkovými atomy. Vznik kovalentní vazby mezi aryldiazoniovým radikálem a těmito atomy vede k transformaci sp2 uhlíku na sp3. Míra modifikace uhlíkatých materiálů je ovlivněna množstvím použité diazoniové soli, a to v molámím poměru uhlíkatý materiál: sůl od 140:1 až do 1:1. Tímto způsobem je do uhlíkatého materiálu zavedeno 0,6 až 2,5 mmol sulfonových skupin, -SO3 na 1 g uhlíkatého materiálu.This diazonium salt is then used for C-C coupling. The reaction mechanism of these reactions is schematically shown in the following figure. In the first step of the reaction, a complex is formed between the diazonium salt and the carbonaceous material. Subsequently, nitrogen is released and a radical is formed, which immediately reacts with the surrounding carbon atoms. The formation of a covalent bond between the aryldiazonium radical and these atoms leads to the transformation of the sp2 carbon to sp3. The degree of modification of carbonaceous materials is affected by the amount of diazonium salt used, in a molar ratio of carbonaceous material: salt from 140: 1 to 1: 1. In this way, 0.6 to 2.5 mmol of sulfone groups, -SO3 per 1 g of carbonaceous material, are introduced into the carbonaceous material.

-3CZ 34652 UI-3CZ 34652 UI

Schéma reakce diazoniové solí s uhlíkatým materiálem, kde R je S(hHScheme of reaction of diazonium salt with carbonaceous material, where R is S (hH

Takto modifikované uhlíkové materiály je pak možno použít jako dopant pro in situ polymeraci 3,4-ethylendioxothiofenu. In situ polymerace PEDOT se provádí ve vodném prostředí v přítomnosti oxidačních činidel. Jako oxidační činidla bývají využívány kyselinotvomé soli železitých iontů, jako jsou fluorid železitý, chlorid železitý, bromid železitý, jodid železitý, síran železitý, dusičnan železitý, fosforečnan železitý a tosylát železitý. Dále bývá s výhodou využíváno oxidačních vlastností solí kyseliny peroxodisírové, jako jsou peroxodisíran sodný, peroxodisíran draselný a peroxodisíran amonný. Mezi další užívaná oxidační činidla patří soli obsahující stříbrný iont, jako například dusičnan stříbrný, nebo síran stříbrný, soli obsahující ceričitý iont, například síran ceričitý, nebo soli obsahující měďnatý iont, například chlorid měďnatý, síran měďnatý, dusičnan měďnatý, případně kombinace výše zmíněných. Tímto způsobem je do uhlíkatého materiálu zavedeno 0,1 až 7 mmol poly(3,4-ethylendioxothiofenu) na 1 g uhlíkového materiálu. Polymerace bývají prováděny při koncentracích oxidačních činidel a monomeru 3,4-ethylendioxothiofenu od 0,01 mM až po 0,1 M, v širokém rozmezí teplot od -30 °C, až po teploty blížící se 100 °C.The carbon materials thus modified can then be used as a dopant for the in situ polymerization of 3,4-ethylenedioxothiophene. In situ polymerization of PEDOT is performed in an aqueous medium in the presence of oxidizing agents. Acid-forming salts of ferric ions such as ferric fluoride, ferric chloride, ferric bromide, ferric iodide, ferric sulfate, ferric nitrate, ferric phosphate and ferric tosylate are used as oxidizing agents. Furthermore, the oxidizing properties of the salts of persulphuric acid, such as sodium persulphate, potassium persulphate and ammonium persulphate, are preferably used. Other oxidizing agents used include salts containing a silver ion, such as silver nitrate or silver sulfate, salts containing a cerium ion, such as cerium sulfate, or salts containing a copper ion, such as copper chloride, copper sulfate, copper nitrate, or a combination thereof. In this way, 0.1 to 7 mmol of poly (3,4-ethylenedioxothiophene) per 1 g of carbonaceous material is introduced into the carbonaceous material. The polymerizations are usually carried out at concentrations of oxidizing agents and 3,4-ethylenedioxothiophene monomer from 0.01 mM to 0.1 M, in a wide temperature range from -30 ° C to temperatures approaching 100 ° C.

Příklad uskutečnění technického řešeníExample of implementing a technical solution

Příklad 1: Postup diazotace 4-aminobenzen-l-sulfonové kyseliny - vznik diazoniové soliExample 1: Procedure for diazotization of 4-aminobenzene-1-sulfonic acid - formation of diazonium salt

Nejprve byla směs kyseliny sulfanilové (0,05 mol) a kyseliny chlorovodíkové (15 ml) ochlazena na -5 °C. Poté byl do reakční směsi pomalu přidáván vodný nasycený roztok dusitanu sodného (0,06 mol) tak, aby teplota nepřesáhla 0 °C. Po odreagování veškerého aminu byla do reakční směsi přidána kyselina tetrafluoroboritá (15 ml), čímž došlo k výměně chloridových iontů a stabilizaci diazoniové soli.First, a mixture of sulfanilic acid (0.05 mol) and hydrochloric acid (15 ml) was cooled to -5 ° C. Then, an aqueous saturated sodium nitrite solution (0.06 mol) was slowly added to the reaction mixture so that the temperature did not exceed 0 ° C. After all the amine had reacted, tetrafluoroboric acid (15 mL) was added to the reaction mixture to exchange chloride ions and stabilize the diazonium salt.

Příklad 2: Postup C-C couplingu pro CNT - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 2: C-C coupling procedure for CNT - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze SWCNT (250 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (18 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátoremTo the aqueous suspension of SWCNT (250 mmol) was added the aryldiazonium salt (18 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant.

-4CZ 34652 UI (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze SWCNT-SO3H byla odfiltrována a promyta destilovanou vodou, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 2 mmol na 1 g SWCNT.-4GB 34652 UI (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting SWCNT-SO3H dispersion was filtered off and washed with distilled water to remove unwanted reactants. Elemental analysis determined the amount of sulfone groups contained to be 2 mmol per 1 g of SWCNT.

Příklad 3: Postup C-C couplingu pro CNT - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 3: C-C coupling procedure for CNT - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze SWCNT (42 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (1,5 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze SWCNT-SO3H byla odfiltrována a promyta destilovanou vodou, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 1,5 mmol na 1 g SWCNT.To the aqueous suspension of SWCNT (42 mmol) was added the aryldiazonium salt (1.5 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting SWCNT-SO3H dispersion was filtered off and washed with distilled water to remove unwanted reactants. The amount of sulfone groups contained was determined by elemental analysis to be 1.5 mmol per 1 g of SWCNT.

Příklad 4: Postup C-C couplingu pro CNT - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 4: C-C coupling procedure for CNT - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze SWCNT (42 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (0,3 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze SWCNT-SO3H byla odfiltrována a promyta destilovanou vodou, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 0,6 mmol na 1 g SWCNT.To the aqueous suspension of SWCNT (42 mmol) was added the aryldiazonium salt (0.3 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting SWCNT-SO3H dispersion was filtered off and washed with distilled water to remove unwanted reactants. The amount of sulfone groups contained was determined by elemental analysis to be 0.6 mmol per 1 g of SWCNT.

Příklad 5: Postup C-C couplingu pro CNT - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 5: C-C coupling procedure for CNTs - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze MWCNT (300 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (22 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze MWCNT-SO3H byla odfiltrována a promyta destilovanou vodou, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 2,4 mmol na 1 g MWCNT.To the aqueous suspension of MWCNT (300 mmol) was added the aryldiazonium salt (22 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting MWCNT-SO3H dispersion was filtered off and washed with distilled water to remove unwanted reactants. Elemental analysis determined the amount of sulfone groups contained to be 2.4 mmol per 1 g of MWCNT.

Příklad 6: Postup C-C couplingu pro grafity - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 6: C-C coupling procedure for graphites - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze grafitu nebo nanografitu (15 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (15 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze byla centrifugována (10 000 otáček, 30 minut) a sediment byl rozdispergován v destilované vodě. Tento postup byl 5x opakován, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 2,5 mmol na 1 g grafitu.To the aqueous suspension of graphite or nanographite (15 mmol) was added the aryldiazonium salt (15 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting dispersion was centrifuged (10,000 rpm, 30 minutes) and the sediment was dispersed in distilled water. This procedure was repeated 5 times to remove unwanted reactants. Elemental analysis determined the amount of sulfone groups contained 2.5 mmol per 1 g of graphite.

Příklad 7: Postup C-C couplingu pro grafity - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 7: C-C coupling procedure for graphites - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze nanografitu (250 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (11 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze byla centrifugována (10 000 otáček, 30 minut) a sediment byl rozdispergován v destilované vodě. Tento postup byl 5x opakován, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonový skupin 0,7 mmol na 1 g grafitu.The aryldiazonium salt (11 mmol) prepared according to Example 1 was added to an aqueous suspension of nanographite (250 mmol). The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting dispersion was centrifuged (10,000 rpm, 30 minutes) and the sediment was dispersed in distilled water. This procedure was repeated 5 times to remove unwanted reactants. Elemental analysis determined the amount of sulfone groups contained to be 0.7 mmol per 1 g of graphite.

-5CZ 34652 UI-5CZ 34652 UI

Příklad 8: Postup C-C couplingu pro grafeny - vznik uhlíkového materiálu modifikovaného sulfonovou skupinouExample 8: C-C coupling procedure for graphenes - formation of a carbon material modified with a sulfone group

Do vodné suspenze grafenu (160 mmol) byla přidána aryldiazoniová sůl (11 mmol) připravená podle příkladu 1. Reakce probíhala za laboratorní teploty za stálého míchání dispergátorem (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin. Vzniklá disperze byla dialyzována destilovanou vodou, čímž byly odstraněny nežádoucí reakční komponenty. Elementární analýzou bylo stanoveno množství obsažených sulfonových skupin 1,8 mmol na 1 g grafenu.To the aqueous suspension of graphene (160 mmol) was added the aryldiazonium salt (11 mmol) prepared according to Example 1. The reaction was carried out at room temperature with stirring with a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours. The resulting dispersion was dialyzed with distilled water to remove unwanted reactants. Elemental analysis determined the amount of sulfone groups contained to 1.8 mmol per 1 g of graphene.

Příklad 9: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 9: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 1 000 ml opatřené magnetickým míchadlem bylo předloženo 500 ml demineralizované vody a 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 2. Reakční směs byla při laboratorní teplotě míchána 24 hodin. Poté bylo přidáno 108 mg (0,40 mmol) hexahydrátu chloridu železitého a 50 mg (0,35 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Reakční směs byla míchána po dobu 24 hodin při laboratorní teplotě. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.500 ml of demineralized water and 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 2 were introduced into a 1000 ml flask equipped with a magnetic stirrer. The reaction mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Then 108 mg (0.40 mmol) of ferric chloride hexahydrate and 50 mg (0.35 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene were added. The reaction mixture was stirred for 24 hours at room temperature. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 10: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 10: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 1 000 ml opatřené magnetickým míchadlem bylo předloženo 500 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 2 a 25 mg (0,18 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Směs byla sonifikována po dobu 2 hodin. Poté bylo do baňky přidáno 46 mg (0,20 mmol) peroxodisíranu amonného a směs byla při teplotě 95 °C míchána a zároveň sonifikována po dobu 24 hodin. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 1000 mL flask equipped with a magnetic stirrer was charged 500 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 2, and 25 mg (0.18 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene. The mixture was sonicated for 2 hours. Then, 46 mg (0.20 mmol) of ammonium persulfate was added to the flask, and the mixture was stirred at 95 ° C and sonicated for 24 hours. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 11: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 11: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 1 000 ml opatřené magnetickým míchadlem bylo předloženo 500 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 2 a 2,8 mg (0,005 mmol) bezvodého tosylátu železitého. Směs byla míchána po dobu 24 hodin při teplotě 10 °C. Poté bylo přidáno 0,5 mg (0,004 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Při teplotě 10 °C byla reakční směs míchána 24 hodin. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 1000 mL flask equipped with a magnetic stirrer was charged 500 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 2, and 2.8 mg (0.005 mmol) of anhydrous ferric tosylate. The mixture was stirred for 24 hours at 10 ° C. Then 0.5 mg (0.004 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene was added. The reaction mixture was stirred at 10 ° C for 24 hours. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 12: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 12: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 100 ml bylo předloženo 50 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 4 a 0,5 mg (0,004 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Směs byla míchána pomocí dispergátoru (ULTRA TURRAX) po dobu 2 hodin. Poté bylo přidáno 0,17 mg (0,001 mmol) dusičnanu stříbrného a 0,95 mg (0,004 mmol) peroxodisíranu sodného. Reakční směs byla míchána pomocí dispergátoru (ULTRA TURRAX) po dobu 24 hodin při teplotě 50 °C. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 100 mL flask was charged 50 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 4, and 0.5 mg (0.004 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene. The mixture was stirred using a dispersant (ULTRA TURRAX) for 2 hours. Then 0.17 mg (0.001 mmol) of silver nitrate and 0.95 mg (0.004 mmol) of sodium persulfate were added. The reaction mixture was stirred using a dispersant (ULTRA TURRAX) for 24 hours at 50 ° C. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

-6CZ 34652 UI-6CZ 34652 UI

Příklad 13: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 13: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 100 ml bylo předloženo 50 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 4 a 57 mg (0,4 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Směs byla 2 hodiny sonifikována. Následně byla baňka vychlazena na 0 °C a bylo do ní přidáno 6,4 mg (0,04 mmol) síranu měďnatého all mg (0,4 mmol) bromidu železitého. Směs byla uchovávána při - 20 °C po dobu 14 dní. Po uplynutí této doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 100 mL flask was charged 50 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 4, and 57 mg (0.4 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene. The mixture was sonicated for 2 hours. Subsequently, the flask was cooled to 0 ° C, and 6.4 mg (0.04 mmol) of copper sulfate and all mg (0.4 mmol) of ferric bromide were added thereto. The mixture was stored at -20 ° C for 14 days. After this time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 14: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 14: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 100 ml bylo předloženo 50 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 4 a 13 mg (0,04 mmol) síranu ceričitého. Směs byla sonifikována za současného míchání pomocí dispergátoru (ULTRA TURRAX) po dobu 2 hodin. Poté bylo přidáno 5,7 mg (0,04 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Za současného míchání pomocí dispergátoru (ULTRA TURRAX) a sonifikace byla reakční směs polymerována 24 hodin při teplotě 37 °C. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 100 mL flask was charged 50 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 4, and 13 mg (0.04 mmol) of cerium sulfate. The mixture was sonicated with stirring using a dispersant (ULTRA TURRAX) for 2 hours. Then 5.7 mg (0.04 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene was added. While stirring with a disperser (ULTRA TURRAX) and sonication, the reaction mixture was polymerized at 37 ° C for 24 hours. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 15: Postup in situ polymerace PEDOT - vznik uhlíkového materiálu povrchově modifikovaného PEDOTExample 15: PEDOT in situ polymerization process - formation of surface-modified PEDOT carbon material

Do baňky o objemu 100 ml opatřené magnetickým míchadlem bylo předloženo 50 ml demineralizované vody, 50 mg modifikovaných SWCNT připravených podle příkladu 3 a 25 mg (0,18 mmol) 3,4-ethylendioxothiofenu. Směs byla sonifikována po dobu 2 hodin. Poté bylo do baňky přidáno 46 mg (0,20 mmol) peroxodisíranu amonného a směs byla při teplotě 95 °C míchána a zároveň sonifikována po dobu 24 hodin. Po uplynutí reakční doby byla směs zfiltrována a promyta 2x20 ml demi vody. Produkt byl vysušen v sušárně a převeden do lahvičky.To a 100 mL flask equipped with a magnetic stirrer was charged 50 mL of demineralized water, 50 mg of modified SWCNTs prepared according to Example 3, and 25 mg (0.18 mmol) of 3,4-ethylenedioxothiophene. The mixture was sonicated for 2 hours. Then, 46 mg (0.20 mmol) of ammonium persulfate was added to the flask, and the mixture was stirred at 95 ° C and sonicated for 24 hours. After the reaction time, the mixture was filtered and washed with 2x20 mL of demi water. The product was dried in an oven and transferred to a vial.

Příklad 16: Postup přípravy tablety pro měření elektrického odporuExample 16: Procedure for preparing a tablet for measuring electrical resistance

Tableta o průměru 10 mm a tloušťce 2 mm byla připravena z 50 mg vysušeného vzorku v ručním tabletovacím lisu tlakem 15 kN. Elektrický odpor byl měřen pomocí dvoubodové sondy, u které jsou měřící hroty vzdálené 1 cm, za použití měřicího přístroje Keithley 2701.A tablet with a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm was prepared from 50 mg of dried sample in a hand-held tablet press at a pressure of 15 kN. The electrical resistance was measured using a two-point probe with the measuring tips 1 cm apart, using a Keithley 2701 measuring instrument.

Molámí poměr SO3H skupiny fixované na CNT: PEDOT [mol/mol] Molar ratio of SO3H group fixed to CNT: PEDOT [mol / mol] 25:1 25: 1 1,8:1 1.8: 1 1:13,3 1: 13.3 Elektrický odpor (Ω) Electrical resistance (Ω) 0,1 0.1 1 1 10 10

Příklad 17: Charakteristika vrstvy PEDOT na CNTExample 17: Characteristics of the PEDOT layer on the CNT

Rozložení PEDOTu ve vzorku a jeho míra pokrytí nanotrubek byla definována pomocí AFM. Všechny vzorky obsahující CNT vykazovaly vláknitý charakter s délkou vláken více než 10 pm. Během polymerace tedy nedošlo k jejich nalámání. Na žádném vzorku nebyl nalezen samotný PEDOT na slídě jako substrátu, všechen je vázán na CNT. Vzorek s minimálním množstvím PEDOTu (dle příkladu 11) obsahoval vlákna o průměru pod 10 nm. U ekvivalentního množství PEDOTu (dle příkladu 10) vlákna dosahovala průměrů v rozmezí 10 až 60 nm. Při několikanásobném přebytku (dle příkladu 9) se průměry vláken pohybují v rozmezí 30 až 60 nm.The distribution of PEDOT in the sample and its degree of nanotube coverage was defined by AFM. All samples containing CNTs showed a fibrous character with a fiber length of more than 10 μm. Thus, they did not break during the polymerization. PEDOT alone was not found on the mica as a substrate in any sample, it is all bound to CNT. The sample with a minimum amount of PEDOT (according to Example 11) contained fibers with a diameter below 10 nm. For an equivalent amount of PEDOT (according to Example 10), the fibers reached diameters in the range of 10 to 60 nm. In several excesses (according to Example 9), the fiber diameters are in the range from 30 to 60 nm.

-7CZ 34652 UI-7CZ 34652 UI

Příklad Example Mol. poměr CNP : diazoniová sůl Moth. ratio CNP: diazonium salt -SO3H [mmol] -SO3H [mmol] EDOT [mmol] EDOT [mmol] Průměr vláken Fiber diameter Příklad 11 Example 11 14 14 1 1 2 2 0,1 0.1 < 10 nm <10 nm Příklad 10 Example 10 14 14 1 1 2 2 3,6 3.6 10 - 60 nm 10 - 60 nm Příklad 9 Example 9 14 14 1 1 2 2 7,0 7.0 30 - 60 nm 30 - 60 nm

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Uhlíkový materiál povrchově modifikovaný poly(3,4-ethylendioxothiofenem) dle tohoto technického řešení lze využít jako materiál pro senzory, pro přípravu elektrodových vrstev tiskovými technikami, pro přípravu prostorových elektrodových struktur pomocí 3D tisku či pro antistatickou a disipativní úpravu povrchů.The carbon material surface-modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene) according to this technical solution can be used as a material for sensors, for preparation of electrode layers by printing techniques, for preparation of spatial electrode structures by 3D printing or for antistatic and dissipative surface treatment.

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANUCLAIMS FOR PROTECTION 1. Uhlíkový materiál povrchově modifikovaný poly(3,4-ethylendioxothiofenem), pnpravitelný 5 in situ polymerací reakční směsi, kde reakční směs obsahuje 3,4-ethylendioxothiofen, uhlíkový materiál s aromatickou sloučeninou se sulfonovou skupinou a oxidační činidlo, výchozí uhlíkový materiál má ve své struktuře pomocí C-C vazby reaktivně fixovanou aromatickou sloučeninu s alespoň jednou záporně nabitou sulfonovou skupinou s obsahem 0,6 až 2,5 mmol sulfonových skupin na 1 g uhlíkového materiálu, přičemž uhlíkový materiál obsahuje 0,1 až 7 mmol to poly(3,4-ethylendioxothiofenu) na 1 g uhlíkového materiálu.A carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene), preparable by 5 in situ polymerization of a reaction mixture, wherein the reaction mixture comprises 3,4-ethylenedioxothiophene, a carbon material with a sulfone-aromatic compound and an oxidizing agent, the starting carbon material having reactively fixed aromatic compound with at least one negatively charged sulfone group containing 0.6 to 2.5 mmol of sulfone groups per 1 g of carbon material, the carbon material containing 0.1 to 7 mmol to poly (3.4 -ethylenedioxothiophene) per 1 g of carbon material. 2. Uhlíkový materiál podle nároku 1, kde poly(3,4-ethylendioxothiofen) je na uhlíkovém materiálu nanesen v povrchové vrstvě o tloušťce 8 až 60 nm.The carbon material according to claim 1, wherein the poly (3,4-ethylenedioxothiophene) is deposited on the carbon material in a surface layer with a thickness of 8 to 60 nm. 15 3. Uhlíkový materiál podle nároku 1 nebo 2, kde uhlíkový materiál je vybrán ze skupiny:The carbon material of claim 1 or 2, wherein the carbon material is selected from the group: jednovrstvé uhlíkové nanotrubky, vícevrstvé uhlíkové nanotrubky, grafit, grafen nebo nanografit.single-layer carbon nanotubes, multilayer carbon nanotubes, graphite, graphene or nanographite.
CZ2020-38046U 2020-09-30 2020-09-30 Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene) CZ34652U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-38046U CZ34652U1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-38046U CZ34652U1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ34652U1 true CZ34652U1 (en) 2020-12-08

Family

ID=73744362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-38046U CZ34652U1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene)

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ34652U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024002397A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 Centrum organické chemie, s.r.o. Hybrid composite for preparing thin conductive layers, a method for the preparation thereof, and thin conductive layer prepared from the hybrid composite

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024002397A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 Centrum organické chemie, s.r.o. Hybrid composite for preparing thin conductive layers, a method for the preparation thereof, and thin conductive layer prepared from the hybrid composite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohamed et al. Functionalization of nanomaterials with aryldiazonium salts
Le et al. Exfoliation of 2D materials for energy and environmental applications
Kuila et al. Chemical functionalization of graphene and its applications
Yang et al. Functionalization of Graphene and Applications of the Derivatives
Liu et al. Facile fabrication of three-dimensional highly ordered structural polyaniline–graphene bulk hybrid materials for high performance supercapacitor electrodes
Kumar et al. Synthesis and characterization of covalently-grafted graphene–polyaniline nanocomposites and its use in a supercapacitor
Zou et al. Carbonized polydopamine nanoparticle reinforced graphene films with superior thermal conductivity
Sarker et al. Layer-by-layer self-assembled multilayer films composed of graphene/polyaniline bilayers: high-energy electrode materials for supercapacitors
Luo et al. Synthesis of water dispersible polyaniline/poly (styrenesulfonic acid) modified graphene composite and its electrochemical properties
McGrail et al. Rapid functionalization of graphene oxide in water
Ma et al. Improved conductivity of carbon nanotube networks by in situ polymerization of a thin skin of conducting polymer
Valter et al. Synthesis of multiwalled carbon nanotubes and poly (o-anisidine) nanocomposite material: fabrication and characterization of its Langmuir− Schaefer films
KR101325530B1 (en) Functionalized methods of high quality graphene using conjugated system
Deetuam et al. Synthesis of well dispersed graphene in conjugated poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate via click chemistry
Kim et al. Fabrication of various conducting polymers using graphene oxide as a chemical oxidant
CN111051307A (en) Small molecule based self-supporting membranes and hybrid materials
Jeon et al. Grafting of polyaniline onto the surface of 4‐aminobenzoyl‐functionalized multiwalled carbon nanotube and its electrochemical properties
Tran et al. Electroconductive performance of polypyrrole/reduced graphene oxide/carbon nanotube composites synthesized via in situ oxidative polymerization
Chang et al. Preparation and characterization of one-dimensional core–shell sepiolite/polypyrrole nanocomposites and effect of organic modification on the electrochemical properties
US20100330370A1 (en) Electropolymerizable surfactant for dispersing carbon nanotubes
Yu et al. The covalently organic functionalization of graphene: methodologies and protocols
Cherusseri et al. Recent progress in nanocomposites based on carbon nanomaterials and electronically conducting polymers
Hou et al. The reactivity of reduced graphene depends on solvation
CZ34652U1 (en) Carbon material surface modified with poly (3,4-ethylenedioxothiophene)
Khan et al. Electrical conductivity, isothermal stability and amine sensing studies of a synthetic poly-o-toluidine/multiwalled carbon nanotube/Sn (IV) tungstate composite ion exchanger doped with p-toluene sulfonic acid

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20201208