CC BY
36
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №4
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 631
Х.С.Каримов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, М.А.Тураева, М.Х.Сайад*, М.Али*, И.Хомидов, Дж.Валиев, З.М.Кариева** ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ ОРАНЖЕВОГО
АЗОКРАСИТЕЛЯ
Исследование электрических и электрохимических свойств органических материалов является важной областью исследований и оказывает заметное влияние на развитие технологии электронных и электрохимических приборов. Это обусловлено в первую очередь простотой изготовления приборов, интересными их электрическими, электрохимическими и оптическими свойствами. Многие потенциальные применения органических полупроводников связаны с исследованием их электропроводности [1-3]. Несомненно, исследование электрохимических свойств и изготовление электрохимических элементов и датчиков с жидкими и твердыми электролитами на основе органических материалов становится не только теоретически, но и практически важным [4,5]. В [6] описан светоизлучающий электрохимический элемент на основе органической соли, а в [1] - электрохимический датчик на основе глюкозы, в [7] - органический транзистор, способный обнаруживать химические элементы в водных растворах.
В [8] было показано, что органический полупроводник оранжевый азокраситель (ОАК) может быть использован в диодах, а в [9] были описаны свойства электрохимических датчиков влажности, изготовленных на его основе. В [10] пленки ОАК осаждались из раствора на кремниевую подложку методом центрифугирования из водного раствора органического полупроводника. Были исследованы вольт-амперные характеристики и обнаружен эффект выпрямления (коэффициент выпрямления был равен 37 при комнатной температуре). В [11] были исследованы электрические свойства фотоэлектрохимического датчика на основе кремния и-типа и оранжевого азокрасителя ( n-Si/OAK/ПС), где ПС - проводящее стекло. Показано, что данный элемент является чувствительным в зеленом, красном и инфракрасном спектрах и работает как фотоэлектрический дифференциатор. В данной работе представлены результаты исследования свойств электрохимического элемента на основе оранжевого азокрасителя (Zn/OAK/C).
При приготовлении электролита для элемента использовался оранжевый азокраситель C17H17N5O2, с молекулярной массой 323 г/моль и плотностью 0,9 г/см соответственно. На рис.1 приведена молекулярная формула ОАК. Методом «горячего зонда» на пресс-таблетках было подтверждено, что ОАК является полупроводником ^-типа. 3,0 вес.% раствор ОАК в дистиллированной воде использовался в качестве электролита, цинковый и графитовый стержни длиной 4 см и диаметром 4 мм - в качестве электродов в электрохимическом эле-
менте 2п/0ЛК/С. Цилиндрический корпус высотой 4 см и диаметром 2 см данного электрохимического элемента был изготовлен из стекла. Расстояние между электродами составляло
3 «-*
3,5 мм, объем электролита в элементе был равен 6 см . Измерение токов и напряжений проводилось цифровыми приборами в стандартной измерительной установке при комнатной температуре.
Рис.1. Молекулярная структура оранжевого азокрасителя.
Рис. 2. Зависимость напряжения элемента 2п/0ЛК/С от разрядного тока.
і , час
Рис.3. Зависимости зарядного напряжения и тока элемента 2п /0ЛК/С от времени.
На рис. 2 приведена зависимость напряжения элемента 2п/0ЛК/С от разрядного тока. Напряжение холостого хода и ток короткого замыкания были равны соответственно 1,5 В и
0,45 мА. Данная вольт-амперная характеристика является типичной для электрохимических элементов [12]. Потенциал цинкового электрода - отрицательный по отношению к графитовому электроду. На рис.3 представлены зависимости зарядного напряжения и тока элемента 2п/0ЛК/С от времени. Обнаружено, что разрядные напряжение и ток равны 0,5 В и 0,1 мА соответственно в течение 25 часов. Токовая эффективность как отношение заряда, полученного от элемента при разряде, к количеству заряда, использованному при зарядке элемента, при одном и том же времени (4 часа) была равна 67%.
В элементе происходят следующие реакции: на аноде:
Zn ^ Zn 2 + + 2 е- (1)
на катоде:
2 (С17И17Кз02) + 2 Н20 + 2 е- ^
2 (С17Н17Кз02) (0Н) + 2 0Н- (2)
в элементе:
2 (С17Н17Кз02) + 2 Н2О + Zn ^ Zn 2 +
+ 2 (с17Н17Кз02) (0Н) + 2 0Н- (3)
Электрическая энергия элемента, равная изменению свободной энергии
(ДО = 290 кДж/моль), вычислена из следующего выражения [12]:
ДG = - п Г Е, (4)
где п - число электронов перенесенных на моль вещества (п = 2 ), Г - число Фарадея ( 96487 К ), Е - напряжение элемента (1,5 В).
Величина емкости элемента получена из следующего выражения [12]:
С = п Б(Ш / МШ), (5)
где Ж - вес материала активного электрода ( вес цинкового электрода в данном случае равен 3,57 г), МЖ - молекулярный вес материала (для цинка равен 65,37) . Вычисленное значение С = 10,54 К = 2,93 А час.
Таким образом, разработан электрохимический элемент 2п/0ЛК/С и исследованы его зарядные и разрядные характеристики: напряжение холостого хода и ток короткого замыкания были равны соответственно 1,5 В и 0,45 мА, разрядные напряжение и ток в течение 25 часов были равны 0,5 В и 0,1 мА соответственно, эффективность элемента равна 67% .
Физико-технический институт им.С.У. Умарова Поступило 28.07.2006 г.
АН Республики Таджикистан,
Н«
Институт прикладных наук и технологии, Топи (Пакистан),
Таджикский технический университет им.М. Осими.
ЛИТЕРАТУРА
1. Arnold E. An introduction to molecular electronics. Ed. C.M.Petty, M.R.Bryce and D.Bloor. London: St. Edmundsbury Press Limited, 1995, 356 p.
2. Mikayama T., Matsuoka H., Uehara K. et al. - Trans. IEE of Japan, 1998, v.118, pp.1435-1441.
3. Shaw J.M., Seidler P.F. - IBM J. Res.& Dev., 2001, v.45, No. 1, pp.3-9.
4. Stetter J.R., Penrose W.R., Yao Sh. - J. Electrochem. Soc., 2003, v.150, pp.S11-S14.
5. Oh B., Vissers D.R., Zhang Z. et al. - Power Sources , 2003, v. 119-121, pp.442-447.
6. Panozzo S., Armand M., Stephan O. - Appl. Phys. Lett. 2002, v.80, pp.679-681.
7. Bartic C., Campitelli A., Borghs S. - Appl. Phys. Lett. 2003, v.82, pp.475-477.
8. Karimov Kh.S., Ahmed M.M., Gul R.M. et al. - Proc. of International Symposium on Advanced Materials , Sep., 21-25, 2001, Islamabad, Pakistan , pp. 329-334 .
9. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Марупов Р. и др. - ДАН РТ, 2004, т. XLVII, № 9-10, с 5-10.
10. Каримов Х.С., Бабаджанов П., Кабутов К. и др. - ДАН РТ, 2003, т. XLVI, № 9, с.92-97.
11. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Марупов Р. и др. - ДАН РТ, 2005, т. XLVIII, №5-6, с.80-86.
12. Hibbert D.B. Introduction to electrochemistry. London: Macmillan Press Ltd., 1993, 294 p.
Х.С.Каримов, Х,.М.Ахмедов, М.А.Тураева, М.Х.Сайад, М.Али, И.Х,омидов, Ч,.Валиев,
З.М.^ориева
ЭЛЕМЕНТИ ЭЛЕКТРОХИМИЯВЙ ДАР АСОСИ АЗОРАНГКУНАНДАИ НОРАНЧ,Й
Дар асоси азорангкунандаи норанчй (АРН) элементи электрохимиявй (Zn/АРН/С) сохта ва тахдид карда шудааст. Ба сифати электролит махлули обии азорангкунандаи норанчй истифода шудааст. Шиддати гайрикорй (бебор) ва чараёни ра-сиши кутохи элемент мувофидан ба 1,5 В ва 0,45 мА баробар аст. Самаранокии элементи электрохимиявй 67%-ро ташкил медихад.
Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, M.A.Turaeva, M.H.Sayyad, M.Ali, I.Homidov, J.Valiev,
Z.M.Karieva
ELECTROCHEMICAL CELL ON THE BASE OF ORANGE DYE
It was designed and investigated electrochemical cell on the base of orange dye (OD): Zn/OD/С. As a electrolyte the aqueous solution of OD was used. Open circuit voltage and short circuit current of the cell were equal to 1.5 V and 0,45 mA respectively. The efficiency of the cell was equal to 67%.
