Влияние заместителей в лигандном окружении на свойства полимерных комплексов никеля, палладия и платины с основаниями Шиффа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.01, кандидат химических наук Беседина, Марина Александровна

• Беседина, Марина Александровна
• кандидат химических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат химических наук Беседина, Марина Александровна

Встречающиеся обозначения.

Введение. у

Глава 1. Обзор литературы. Полимеры на основе комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа

1.1. Комплексы переходных металлов с основаниями Шиффа. Кристаллическое состояние.

1.2. Синтез и механизм образования полимеров на основе комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа.

1.3. Влияние заместителей на свойства полимерных комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа.

1.3.1. Влияние состава исходного комплекса на процесс химической полимеризации.

1.3.2. Влияние состава исходного комплекса на процесс электрохимической полимеризации.

1.3.3. Влияние заместителей на окислительно-восстановительные свойства и проводимость полимерных комплексов.

1.3.4. Сополимеры на основе металлокомплексов с основаниями Шиффа.

1.4. Применение полимерных комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа для модификации электродов суперконденсаторов.

Глава 2. Методика исследований

2.1. Синтез комплексов никеля (II), палладия (II) и платины (II) с основаниями Шиффа.

2.2. Методика хроновольтамперометрических экспериментов.

2.3. Методика in situ микрогравиметрических исследований.

2.4. Метод атомно-силовой микроскопии.

2.5. Метод электронной сканирующей микроскопии. 6]

2.6. Методика исследования электродов суперконденсаторов, модифицированных полимерными комплексами никеля с замещенными основаниями Шиффа.

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Процессы окисления исходных комплексов [M(R-Schiff)].

3.2. Исследование механизма полимеризации комплексов [M(R-Schiff)]. . 7^

3.3. Процессы окисления комплексов [Pt(Schiff)].

3.4. Кинетика процессов полимеризации комплексов [M(R-Schiff)].

3.5. Окислительно-восстановительные свойства полимерных комплексов mmi-[M(R-Schiff)].

3.6. Процессы переноса заряда в полимерных комплексах поли-[М^-Schiff)].

3.7. Анализ морфологии полимеров по данным АСМ.

3.8. Применение полимерных комплексов поли-[М(8сЫГ1)] в гибридных суперконденаторах.

Итоги работы и выводы. И

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние заместителей в лигандном окружении на свойства полимерных комплексов никеля, палладия и платины с основаниями Шиффа»

Полимерные электроактивные материалы на основе комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа могут быть использованы в перспективных энергозапасающих и хемотронных устройствах. Введение электрон од он орных заместителей в ароматические части оснований Шиффа должно оказывать существенное воздействие на всю систему сопряженных связей в лигандах, комплексах переходных металлов с этими лигандами, а также на свойства полимеров на основе данных комплексов. Увеличение электронной плотности на лиганде вследствие введения указанных заместителей может приводить к изменению способности комплекса к специфической адсорбции на поверхности электрода, изменению условий полимеризации, размера области электроактивности, скорости транспорта заряда, морфологии полимера. Таким образом, выбранное направление исследований должно привести к созданию новых полимерных функциональных материалов.

Целыо данной работы являлось изучение влияния введения метальной и метокси-групп в ароматическую часть лигандного окружения комплексов никеля, палладия и платины с основаниями Шиффа на процесс электрохимической полимеризации этих соединений и свойства полимеров на их основе.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Координационным планом РАН по направлению «Неорганическая химия», Координационным планом НИР РГПУ им. А.И. Герцена и поддержана грантом РФФИ № 10-0300609.

1. Обзор литературы. Полимеры на основе комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Беседина, Марина Александровна, 2010 год

1. Holm R. 1., Everett G. W. Jr., Chakravorty A. Metal Complexes of Schiff Bases and B-Ketoamines // Prog. Inorg. Chem. 1966. V. 7. P. 183.

2. Siegler M. A., Lutz M Ni(salen): a System That Forms Many Solvates with Interacting Ni Atoms // Crystal Growth & Design. 2009. V. 9. NO. 2. P. 1195.

3. Thomas T. W., Underhill A. E. Metal-Metal Interactions in Transition-metal Complexes Containing Infinite Chains of Metal Atoms // Chem. Soc. Rev. 1972. V. 1. P. 99.

4. Sawodny IV., Thewalt U., Potthoff E., Ohl R. N,N'-Bis(salicylidene)ethylenediaminato-N,N",0,0'.platinum(II) // Acta Cryst. 1999. С 55. P. 2060.

5. Che Clii-Ming, Kwok Chi-Chung, Lai Siu-Wai, Rausch A. F., Finkenzeller W. J., Zhu N., Yersin H. Photophysical Properties and OLED Applications of Phosphorescent Platinum(II) Schiff Base Complexes // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. P. 233.

6. Marvel C. S., Tarkoy N. Heat Stability Studies on Chelates from Schiff Bases of Salicylaldehyde Derivatives // J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79. P. 6000.

7. Marvel C. S., Tarkoy N. Heat Stability Studies on Chelates from Schiff Bases of Salicylaldehyde Derivatives. II // J. Am. Chem. Soc. 1958. V. 80. P. 832.

8. Honvitz C. P., Murray R. W. Oxidative Electropolymerization of Metal Schiff Base Complexes // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1988. V. 160. P. 389.

9. Moses P. R., Wier L., Murray R. IV. Chemically modified tin oxide electrode//Anal.Chem. 1975. V. 47. P. 1882.

10. Murray R. W. Chemically Modified Electrodes // Electroanalytical Chemistry (Ed. A. J. Bard). Marcel Dekker, N.Y. 1984. V. 13. P. 191.

11. Miller J. S. (Ed.). Chemically Modified Surfaces in Catalysis and Electrocatalysis // ACS Symposium Series № 192, American Chemical Society, Washington DC. 1982.

12. Abruna H. D. Electrode Modification with Polymeric Reagents // Electroresponsive Molecular and Polymeric Systems, T. Skotheim (Ed.), Marcel Dekker, New York. 1988.

13. Попеко И. Э., Васильев В. В., Тимонов А. М., Шагисултанова Г. А. Электрохимическое поведение комплексов палладия (II) с основаниями Шиффа и синтез смешапповалентного комплекса Pd" PdIV // Журнал неорганической химии. 1990. Т. 35. №4. С. 933.

14. Шагисултанова Г. А., Иванова М. Е., Попеко И. Э., Тимонов А. М. Электрохимическое поведение комплексных соединений Pt(II) с основаниями Шиффа // Журнал неорганической химии. 1991. Т. 36. №12. С. 3096.

15. Timonov A., Popeko I., Shagisultanova G. Synthesis and Properties of New Polymeric Partially Oxidized Complexes of Platinum and Palladium with Schiff Bases // Workshop on Platinum Chemistry: Fundamental and Applied Aspects. Italy. Ferrara. 1991. P. 28.

16. Орлова И. А., Попеко И. Э., Тимонов А. М., Батраков Ю. Ф., Шагисултанова Г. А. Свойства полимерного частично окисленного комплекса меди с бис(салицилиден)-этилендиамином // Журнал прикладной химии. 1993. Т.66. № 3. С.584.

17. Васильева С. В., Балашев К. П., Тимонов А. М. Влияние природы л и ганда и растворителя на процессы электроокисления комплексов никеля с основаниями Шиффа // Электрохимия. 1998. Т. 34. № 10. С. 1090.

18. Васильева С. В., Балашев К. П., Тимонов А. М. Механизм электроокисления комплексов палладия с основаниями Шиффа // Электрохимия. 2000. Т. 36. № 1. С. 85.

19. Васильева С. В., Герман Н. А., Гаманьков П. В., Тимонов А. М. Закономерности электрополимеризации комплексов палладия и никеля с основаниями Шиффа // Электрохимия. 2001. Т. 36. С. 85.

20. Чепурная И. А., Гаманьков П. В., Родягина Т. Ю., Васильева С. В., Тимонов А. М. Влияние строения исходных соединений на процесс электрохимической полимеризации комплексов палладия и никеля с основаниями Шиффа // Электрохимия. 2003. Т. 39. № 3. С. 348.

21. Борисов А. Н., Тимонов А. М., Шагисултанова Г. А. Электрополимеризация комплекса хрома (III) с 5-хлоро-1,10-фенантролином //Журнал прикладной химии. 1994. Т. 67. № 10. С. 1604.

22. Борисов А. И., Тимонов А. М., Шагисултанова Г. А. Фоточувствительные полимерные системы на основе комплексных соединений железа, рутения и осмия с 5-хлоро-1,10-фенантролином // Журнал прикладной химии. 1995. Т. 68. № 2. С. 333.

23. Борисов А. Н., Тимонов А. М., Тимофеев В. А., Шагисултанова Г. А. Исследование полимерных систем на основе комплексов рутения (II) и железа (II) с 5-хлоро-1,10-фенантролином// Журнал неорганической химии. 1996. Т. 41. № 3. С. 453.

24. Goldsby K. A., Blaho J. K., Hoferkamp L. A. Oxidation of nickel (II) bis(salicylaldimine(II) complexes: Solvent control of the ultimate redox site // Polyhedron. 1989. V. 8. P. 1 12.

25. Hoferkamp L. A., Goldsby K. A. Surface-modified electrodes based on nickel(Il) and copper(II) bis(salicylaldimine) complexes // Chem. Mater. 1989. V. 1. P. 348.

26. Dahm C. E., Peters D. G. Catalytic Reduction of Iodoethane and 2-lodopropane at Carbon Electrodes Coated with Anodically Polymerized Films of Nickel(II) Salen // Anal. Chem. 1994. V. 66. P. 3117.

27. Dahm C. E., Peters D. G. Catalytic Reduction of Dihaloalkanes with Nickel(I) Salen as a Plomogeneous-Phase and Polymer-Bound Mediator // J. Electroanal. Chem. 1996. V. 406. P. 119.

28. Goodwin H. A., Bailor J. C. Coordination Compounds Derived from Polymeric Setoff's Bases // J. Am. Chem. Soc. 1961. V. 83. P. 2467.

29. Leung A. C. W., MacLachlan M. J. Schiff Base Complexes in Macromolecules // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2007. V. 17, No. 1.

30. Houjou H., Sasaki T., Shimizu Y., Koshizaki N., Kanesato M. Fabrication of Mixed Zn/Cu-Bound Polyimine Microspheres with Fine-Tuned Diameter and Internal Gradation of Metal Composition // Adv. Mater. 2005. V. 17. P. 606.

31. Audebert P., Capdevielle P., Maumy M. Synthesis and Characteristics of New Redox Polymers Based on Copper Containing Units; Evidence for the Participation of Copper in the Electron Transfer Mechanism // New J. Chem. 1991. V. 15. P. 235.

32. Audebert P., Capdevielle P., Maumy M. Redox and Conducting Polymers based on Salen-Type Metal Units; Electrochemical Study and Some Characteristics // New J. Chem. 1992. V. 16. P. 697.

33. Audebert P., Hapiot P., Capdevielle P., Maumy M. Electrochemical Polymerization of Several Salen-Type Complexes. Kinetic Studies in the Microsecond Time Range // J. Electroanal. Chem. 1992. V. 338. P. 269.

34. Aubert P.-H., Neudeck A., Dunsch L., Audebert P., Capdevielle P., Maumy M. Electrochemical Synthesis and Structural Studies of Copolymers Based on the Electrooxidation of Pyrrole and Some Salen Compounds // J. Electroanal. Chem. 1999. V. 470. P. 77.

35. Aubert P.-H., Audebert P., Roche M., Capdevielle P., Maumy M., Ricart G. Synthesis and Electrochemical Investigations of Bis(salen) Complex Precursors Allowing the Formation of a Ladder-type Polymer // Chem. Mater. 2001. V. 13. P. 2223.

36. Audebert P., Capdevielle P., Maumy M. Description of new redox and conducting polymers based on Copper containing units: Emphasis on the role of Copper in the electron transfer mechanism // Synth. Met. 1991. V. 43. P. 3049.

37. Miomandre F., Audebert P., Maumy M., Uhl L. Electrochemical behaviour of iron(III) salen and poly(iron-salen). Application to the electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide and oxygen // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2001. V. 516. P. 66.

38. Bedioui F., Labbe E., Gutierrez-Granados S., Devynck J. Electrooxidative polymerization of cobalt, nickel and manganese salen complexes in acetonitrile solution // J. Electoanal. Chem. 1991. V. 301. P. 267.

39. Vilas-Boas M., Freire C., de Castro B., Hillman A. R. Electrochemical Characterization of a Novel Salen-Type Modified Electrode // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. № 43. P. 8533.

40. Vilas-Boas M., Freire C., de Castro B., Christensen P. A., Hillman A. R. Spectroelectrochemical Characterisation of polyNi(saltMe).-Modified Electrodes // Chem. Eur. J. 2001. V. 7. № 1. P. 139.

41. Vilas-Boas M., Santos I. C. /., Henderson M. J., Freire C., Hillman A. R., Vieil E. Electrochemical Behavior of a New Precursor for the Design of PolyNi(salen).-Based Modified Electrodes // Langmuir. 2003. V. 19. № 18. P. 7460.

42. Martins M., Vilas-Boas M., de Castro В., Hillman A. R., Freire C. Spectroelectrochemical Characterization of Copper Salen-based Polymer-Modified Electrodes // Electrochim. Acta. 2005. V. 51. № 10. P. 304.

43. Коттон Ф., Уилкинсон Д. Современная неорганическая химия. Химия переходных элементов // М.: Мир. 1969. С. 592.

44. Park S., Mathur V. К., Planalp R. P. Syntheses, Solubilities and Oxygen Absorbtion Properties of New Cobalt(II) Schiff-base Complexes // Polyhedron. 1998. V. 17. P. 325.

45. Carter M. J., Rillema D. P., Basolo F. Oxygen Carrier and Redox Properties of Some Neutral Cobalt Chelates. Axial and In-Plane Ligand Effects 11 J. Am.Chem. Soc. 1974. P. 392.

46. Родягина Т. Ю. Синтез и свойства полимерных комплексов кобальта и меди с основанием Шиффа // Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Санкт-Петербург. 2006.

47. Fy6acoea Т. Н., Шагисултаноеа F. А. Новые фоточувствительные, электроактивные полимеры на основе транс-бис(п-метилсалицилальд-имина)палладия(П) // Журнал прикладной химии. 2000. Т. 73. № 5. С. 755.

48. Губасова Т. Н., Шагисултаноеа F. А. Синтез электропроводящих и фотоактивных полимеров на основе Ni(mesal)2 // Журнал прикладной химии. 2000. Т. 73. № 11. С. 1826.

49. Шагисултаноеа F. А., Попова Е. О. Синтез и электрохимические свойства KRu(Salen)Cl2. (H2Salen бис(салицилиден)этилендиамин) // Координационная химия. 2000. Т. 26. № 10. С. 738.

50. Шагисултанова Г. А., Ардашева Л. П. Новые электроактивные полимеры на основе комплексов PdSalpn-1,2. и [PdSalpn-1,3] // Журнал неорганической химии. 2001. Т. 46. № 3. С. 352.

51. Шагисултанова Г. А., Кузнецова Н. Н. Механизм электрохимического синтеза электропроводящих и фотоактивных полимеров на основе комплексов переходных металлов // Координационная химия. 2003. Т. 29. №10. С. 760.

52. Reddinger J. L., Reynolds J. R. Electroactive, n-Conjugated Polymers based on Transition Metal-Containing Thiophenes // Synth. Met. 1997. V. 84. P. 225.

53. Reddinger J. L., Reynolds J. R. Tunable Redox and Optical Properties Using Transition Metal-Complexed Polythiophenes // Macromolecules. 1997. V. 30. P. 673.

54. Reddinger J. L., Reynolds J. R. Site Specific Electropolymerization To Form Transition-Metal-Containing, Electroactive Polythiophenes // Chem. Mater. 1998. V. 10. P. 1236.

55. Kingsborough R. P., Swager Т. M. Electroactivity Enhancement by Redox Matching in Cobalt Salen-Based Conducting Polymers // Adv. Mater. 1998. V. 14. P. 1100.

56. Kingsborough R. P., Swager Т. M. Polythiophene Hybrids of Transition-Metal Bis(salicylidenimine)s: Correlation between Structure and Electronic Properties//J. Am. Chem. Soc. 1999. V. 121. P. 8825.

57. Kingsborough R. P., Swager Т. M. Electrocatalytic Conducting Polymers: Oxygen Reduction by a Polythiophene-Cobalt Salen Hybrid // Chem. Mater. 2000. V. 12. P. 872.

58. Shioya Т., Swager Т. M. A reversible resistivity-based nitric oxide sensor // Chem. Commun. 2002. P. 1364.

59. Abruna H. D. Coordination Chemistry in Two Dimensions: Chemically Modified Electrodes // Coord. Chem. Rev. 1988. V. 86. P. 135.

60. Itaya K., Uchida I., Neff V. D. Electrochemistry of Polynuclear Transition Metal Cyanides: Prussian Blue and its Analogues. // Acc. Chem. Res. 1986. V. 19. P. 162.

61. Laviron E. A Multilayer Model of the Study of Space Distributed Redox-Modified Electrodes//J. Electroanal. Chem. 1980. V. 112. P. 1.

62. Andrieux C. P., Saveant J.-M. Electron Transfer Through Redox Polymer Films // J. Electroanal. Chem. 1980. V. 111. P. 377.

63. Saveant J.-M. Electron Plopping Between Fixed Sites. Diffusion and Migration Counter Ions in Redox Membrane at Steady State // J. Electroanal. Chem. 1988. V. 242. P. 1.

64. Buck R. P. Coupled Electron-Anion Hopping Displacement in Plane Sheet Fixed-Site Polymer Membrane // J. Electroanal. Chem. 1989. V. 258. P. 1.

65. Chidsey С. E. D., Murray R. W. Redox Capacity and Direct Current Electron Conductivity in Electroactive Materials // J. Phys. Chem. 1986. V. 90. № 7. P. 1479.

66. Галюс 3. Теоретические основы электрохимического анализа / М.: Мир. 1984. С. 256.

67. Васильева С. В., Чепурнал PL А., Логвинов С. А., Гаманъков П. В., Тимонов А. М. Редокс-процессы в пленках полимерных комплексов палладия и никеля с основаними Шиффа // Электрохимия. 2003. Т. 39. № 3. С. 344.

68. Hobday М. D., Smith Т. D. N,N'-ethylenebis(salicylideneiminato) Transition Metal Ion Chelates // Coord. Chem. Rev. 1973. V. 9. P. 311.

69. Vilas-Boas M, Freire C., de Castro В., Christensen P. A., Hillman A. R. New Insights into the Structure and Properties of Electroactive Polymer Films Derived from Ni(Salen). // Inorg.Chem. 1997. V. 36. P. 4919.

70. Freire C., de Castro B. Spectroscopic Characterisation of Electrogenerated Nickel(III) Species. Complexes with N202 Schiff-base Ligands Derived from Salicylaldehyde // J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1998. P. 1491.

71. Freire C., de Castro B. EPR Characterisation of Nickel(III) Complexes with N202 Schiff Base Ligands Derived from Naphthaldehyde and Their Pyridine Adducts // Polyhedron. 1998. V. 17. № 23-24. P. 4227.

72. Vilas-Boas M., Pereira E. M., Freire C., Hillman A. R. Oxidation of Ferrocene Derivatives at a PolyNi(saltMe). Modified Electrode // J. of Electroanal. Chem. 2002. V. 538-539. P. 47.

73. Azevedo F., Freire C., de Castro B. Reductive Electrochemical Study of Ni(II) Complexes with N202 Schiff Base and Spectroscopic Characterisation of the Reduced Species. Reactivity towards CO // Polyhedron. 2002. V. 21. P. 1695.

74. Дмитриева E. А. Синтез и исследование полимерных комплексов меди, никеля и палладия с основанием Шиффа // Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Санкт-Петербург. 2007.

75. Ардашева Л. П., Шагисултанова Г. А. Влияние толщины плёнки и состава фонового электролита на редокс-активность полимерного комплекса PdSalpn-1,2. // Журнал прикладной химии. 2001. Т. 74. № 2. С. 311.

76. Tchepournaya /., Vasilieva S., Logvinov S., Timonov A., Amadelli R., Bartak D. Electrochemical Synthesis and Characterization of Redox Polymer Nanostructures // Langmuir. 2003. V. 19. P. 9005.

77. Чепурная И. А. Структурированные электродные ансамбли на основе полимерных металлокомплексов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Санкт-Петербург. 2003.

78. Chantarasiri N, TuntulcmiT., Tongraung P., Seangprasertkit-Magee R., Wannarong W. Application of hexadentate Schiff base metal complexes as crosslinking agents for diglycidyl ether of bisphenol A // Eur. Polym. J. 2000. V. 36. P. 695.

79. Chantarasiri N., Tuntulani T., Chanma N. New metal-containing epoxy polymers from diglycidyl ether of bisphenol A and tetradentate Schiff base metal complexes // Eur. Polym. J. 2000. V. 36. P. 889.

80. Chantarasiri N., Sutivisedsakm N., Pouyuan C. Thermally stable metal-containing epoxy polymers from an epoxy resin-Schiff base metal complex-maleic anhydride system // Eur.Polym. J. 2001. V. 37. P. 2031.

81. Chantarasiri N., Damrongkosit 71, Jangwong IV., Sridaeng D., Suebphan S. Synthesis, characterization and thermal properties of metal-containing polyurethane-ureas from hexadentate Schiff base metal complexes // Eur. Polym. J. 2004. V. 40. P. 1867.

82. Scamporrino E., Bazzano S., Vitalini D., Mineo P. Insertion of Copper(II)/Schiff-Base Complexes with NLO Properties into Commercial Polycarbonates by Thermal Processes // Macromol. Rapid Commun. 2003. V. 24. P. 236.

83. Sukwattanasinitt M., Nantalaksakul A., Potisatityuenyong A., Tuntulani T., Chailapakul O., Praphairakait N. An Electrochemical Sensor from a Soluble Polymeric Ni-salen Complex // Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 4337.

84. Galbrecht F., Yang X. Я, Nehls B. S., Neher D., Farrell Т., ScherfU. Semiconducting polyfluorenes with electrophosphorescent on-chain platinum-salen chromophores // Chem. Commun. 2005. P. 2378.

85. Lavastre O., Plass J., Bachmann P., Guesmi S., Moinet C., Dixneuf P. H. Discovery of New Fluorescent Materials from Fast Synthesis and Screening of Conjugated Polymers // Organometallics. 1997. V. 16. P. 184.

86. Шурыгина В. Суперконденсаторы. Помощники или возможные конкуренты батарейным источникам питания // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2003. №3.

87. Burke A. Ultracapacitors: why, how, and where is the technology // Journal of Power Sources. 2000. V. 91. P. 37.

88. Kotz R., Carlen M. Principles and applications of electrochemical capacitors //Electrochimica Acta. 2000. № 45. P. 2483.

89. Sayre R. The Identity of Heilpern's "Pinacolylthiourea" and the Preparation of Authentic 2-Thiono-4,4,5,5-tetramethylimidazolidine // J. Am. Chem. Soc. 1955. V. 77. P. 6689.

90. Pfeiffer P., Breifh E., Lübbe E., Tsumaki T. Tricyclische Orthokondensierte Nebenvalenzringe // Annal. Chim. 1933. Bd. 503. P. 84.

91. Sauerbrey G. Verwendung von Schwingquarzen zur Wägung dünner Schichten und zur Mikrowägung //Z. Phys. 1959. Bd. 155. S. 206-222.

92. Красикова С. А. Синтез и исследование полимерных комплексов никеля и палладия с замещенными основаниями Шиффа // Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Санкт-Петербург. 2010.