Synthesis and characterization of electronically conducting polymers with new properties  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72989
Type K
Principal investigator Visy, Csaba
Title in Hungarian Új tulajdonságokat mutató elektronvezető polimerek előállítása és jellemzése
Title in English Synthesis and characterization of electronically conducting polymers with new properties
Keywords in Hungarian elektronvezető polimer, fotokatalitikus, mágneses, termoelektromos
Keywords in English electronically conducting polymers, photo-electrocatalytic, magnetic, thermoelectric
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Electrochemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (University of Szeged)
Participants Berkesi, Ottó
Kutsán, György
Peintler-Kriván, Emese
Starting date 2008-07-01
Closing date 2013-02-28
Funding (in million HUF) 16.845
FTE (full time equivalent) 4.76
state closed project
Summary in Hungarian
A Szegedi Egyetem Fizikai Kémiai Tanszékén közel két évtizede folyik az elektromos vezetést mutató szerves polimerek tanulmányozása. A vegyületcsalád ígéretességét a legújabb kutatások szerint az is mutatja, hogy összetételüknek adalékolással, különösen nanokompozitok képzésével történő befolyásolása útján a különböző anyagtípusok tulajdonságainak speciális kombinációja is elérhető. A témavezető 2006-ban zárult OTKA pályázatának (T42539) eredményeiből kiderült, hogy az elektromos vezetést mutató polimereken alapuló összetett anyagok az egyes komponensek hatásait összegző tulajdonságokkal rendelkeznek. Kimutatta, hogy a polimerek elektromos vezetésének az adagolás finomításával történő, ''hangolt'' szabályozása a levegőn nem oxidálódó politiofének esetén különleges lehetőségeket rejt magában.
Jelen pályázat kutatási témája olyan konjugált polimerek előállítása elsősorban speciálisan szubsztituált tiofének monomerjeiből, melyek önmagukban vagy nanoméretű részecskék beépítésével kialakított összetett anyagaikban speciális tulajdonságokat mutatnak. Terveink szerint a polimerek különböző változataival
- mágneses,
- termoelektromos tulajdonságú, valamint
- redoxi folyamatokat elősegítő fotokatalízisre képes, ugyanakkor elektromos vezetést mutató szintetikus fémeket kívánunk előállítani.
A munka során kidolgozzuk a polimerek elektrokémiai vagy kémiai előállításának optimalizált körülményeit, megvalósítjuk az összetett tulajdonságú anyagok szintézisét, elektrokémiai és anyagtudományi vizsgálati eljárásokkal sokoldalúan jellemezzük az új anyagokat, megvizsgáljuk speciális tulajdonságaikat.
Az elért eredmények alapján évente 2-3, a kutatási időszak alatt mintegy 10 publikáció születhet, melyeket a szakterület fontos folyóirataiban tervezünk közölni. Eredményeinkről átlagosan évi két nemzetközi konferencián is szeretnénk beszámolni, és nem kizárt, hogy a munka megalapozza szabadalom benyújtását is.
Summary
Studies on electronically conducting polymers started in the Institute of Physical Chemistry of the University of Szeged almost two decades ago. According to recent studies these materials are promising also because special combinations of different properties are feasible by tuning of the composition by means of doping, especially by the formation of nanocomposites. The results of the OTKA project, ended in 2006, led to the conclusion that conducting polymer based composite materials possess new properties related to the synergetic effect of the individual components. It also became clear that the tuned regulation of the conductivity of the polymers by refined doping opens special possibilities in the case of polythiophenes, which are not oxidized in air.
The topic of the project is to synthesize conjugated polymer composites with photo-electrocatalytic, magnetic and/or thermoelectric behaviour. During the project the optimal chemical or electrochemical preparation methods will be worked out, the synthesis of the composite materials will be realized, the properties of the new materials will be characterized by various techniques used in electrochemistry and materials chemistry.
The achievements will be published in the respected journals of the field, 2-3 papers annually, about 10 total for the project period are expected. The results will be presented also at international forums, and the possibility of patent submission is also considered.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás témája olyan konjugált polimereken alapuló összetett anyagok előállítása, jellemzése és alkalmazási lehetőségeik feltárása volt, melyek mágneses, termoelektromos vagy fotokatalitikus sajátságokat mutatnak. Megvalósítottuk magnetit nanorészecskék szerves közegbe történő átvitelét, és igazoltuk a magnetit nanorészecskék felületén elhelyezkedő hidroxil- és a karbonsavval szubsztituált tiofének karboxil-csoportja közötti kölcsönhatás kémiai jellegét. A magnetit nanorészecskék felületén megvalósított adszorpciója útján eredményesen építettünk be polipirrol elektródba B12 vitamint. Megvalósítottuk titán-dioxid és szén nanocső kötegeknek vezető polimerekkel történő kombinálását. Kiemelkedő termoelektromos sajátsággal rendelkező 3-alkiltiofének polimerjeit átkristályosítva – nemesfémek beépítése révén – nanoszálas kompozitokat alakítottunk ki. A mintákat átfogóan jellemeztük az anyagtudomány területén általánosan használt technikák (röntgen-diffrakció, spektroszkópiák, elektronmikroszkóp, elektrokémiai nanogravimetria, vezetésmérés) alkalmazásával. Az irodalomban elsőként kidolgoztuk az in situ spektroelektrokémiai és impedanciamérés szimultán alkalmazhatóságát, kimutattuk és értelmeztük a vezetés kialakulásának az egyes töltéshordozókkal való – változó – korrelációját. Felhívtuk a figyelmet az elektronegatív anionok jelenlétében történő elektrokémiai polimerizáció veszélyére, és körültekintő alkalmazásának szükségességére.
Results in English
During the project, conducting polymer based composites – exhibiting magnetic, thermoelectric or photocatalytic properties - have been synthesized. We realised the transfer of magnetic nanoparticles into organic media, and proved the chemical pattern of the interaction between the hydroxyl group on the surface of the magnetic nanoparticles and the carboxyl group of the acid substituted thiophenes. Exploiting the adsorption of vitamin B12 on the magnetite nanoparticles, its successful incorporation into polypyrrole has been achieved. Composites of conducting polymers with nanotube arrays of titanium dioxide and carbon have been also synthesized. Via re-crystallisation of poly(3-alkylthiophenes) – possessing extraordinary good thermoelectric property – nanofils of composites with noble metals have been prepared. The composites have been characterized widely with XRD, SEM – EDX, EQCM, ac conductance, as well as by diffuse reflection mode, UV-VIS absorption and FTIR – ATR mode spectroscopy. For the first time in the literature, we elaborated the application of in situ spectroelectrochemistry and in situ conductance in a hyphenated mode, and elucidated the background of differences in the correlation between the development of the conductance and the optically distinguishable charge carriers. We called the attention to the potential dangers arising during the electro-polymerisation in the presence of electronegative anions, and to the necessity of its careful consideration.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72989
Decision
Yes





 

List of publications

  
Cs. Janáky, B. Endrődi, K. Kovács, M. Timko, A. Sápi, C. Visy:: Chemical synthesis of poly(3-thiophene-acetic acid)/magnetite nanocomposites with tunable magnetic behaviour, Synthetic Metals, 160 65-71, 2010
C. Janáky, B. Endrődi, C. Visy: Synthesis, Characterization and Application of Conducting Polymer Based Magnetic Electrodes, 216th ECS Meeting - Vienna, F5, 2729, p. 109, 2009
Janáky Csaba: Elektromosan vezető polimerek mágneses nanorészecskékkel alkotott kompozitjai, PhD értekezés, SZTE Kémia Doktori Iskola, 2010
G. Bencsik, Zs. Lukács, C. Visy: Photo-electrochemical sensor for dissolved oxygen, based on a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/iron oxalate hybrid electrode, Analyst, 135 375-380, 2010
G. Bencsik, Zs. Lukács, C. Visy: Photo-electrochemical sensor for dissolved oxygen, based on a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/iron oxalate hybrid electrode, 216th ECS Meeting no. 1182, Vienna, 2009
G. Bencsik, Zs. Lukács, C. Visy: Photo-electrocatalytic reduction of oxygen at a poly(3,4-ethylenedioxitiophene)/iron oxalate thin layer electrode, 2nd International Conference on Functional Nanocoatings - Dresden, P2, 2, p. 83, 2010
Peintler-Krivan E., Toth PS. Visy C.: Combination of in situ UV-Vis-NIR spectro-electrochemical and a.c. impedance measurements: A new, effective technique for studying the redox transformation of conducting, Electrochem. Commun. 11 1947-1950, 2009
E. Kriván, P. S. Tóth, C. Visy: Simultaneous Detection of Conductance and Spectral Changes of Conducting Polymers, 216th ECS Meeting, no. 2933, Vienna, 2009
C. Janáky, B. Endrődi, E. Kriván, C. Visy: Properties of a Polypyrrole/Magnetite/Vitamin B12 Hybrid: A Conducting Polymer Based Electrode for Bio-electrocatalysis, 216th ECS Meeting I1, no. 2973, Vienna, 2009
P. S. Tóth, E. Peintler-Kriván, C. Visy: Simultaneous monitoring of the in situ a. c. impedance and the optical changes in nanocoatings during their redox transformation, 2nd International Conference on Functional Nanocoatings - Dresden, P2, 1, p. 83., 2010
C. Visy, P. S. Tóth, E. Peintler-Kriván: Simultaneous monitoring of optical and conductance changes during the redox transformation of transparent conducting layers, CIMTEC, 5th Forum of New Materials, FI-2:L09, p. 90, Montecatini Terme, 2010
C. Janáky, B. Endrődi, A. Hajdú, C. Visy: Synthesis and characterization of polypyrrole–magnetite–vitamin B12 hybrid composite electrodes, Journal of Solid State Electrochemistry, 14 339-346, 2010
Cs. Janáky, G. Cseh, P. S. Tóth, C. Visy: Application of classical and new, direct analytical methods for the elucidation of ion movements during the redox transformation of polypyrrole, J. Solid State Electrochem. 14 1967-1973, 2010
Péter S. Tóth, E. Peintler-Kriván, Cs. Visy: Application of simultaneous monitoring of the in situ impedance and optical changes on the redox transformation of two polythiophenes: direct evidence for their non ident, Electrochem. Commun. 12, 958-961, 2010
Csaba Janáky, Gábor Bencsik, Árpád Rácz, and Csaba Visy*, Norma R. de Tacconi, Wilaiwan Chanmanee, and Krishnan Rajeshwar: Electrochemical Grafting of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Into a Titanium Dioxide Nanotube Host Network, Langmuir 26 13697-13702, 2010
Cs. Janáky, B. Endrődi, O. Berkesi, C. Visy: Visible-Light-Enhanced Electrocatalytic Activity of a Polypyrrole Magnetite Hybrid Electrode toward the Reduction of Dissolved Dioxygen, J Phys Chem C, 114 19338-19344, 2010
P. S. Tóth, Cs. Janáky, Z. Hiezl, C. Visy: Electrosynthesis and comparative studies on carboxyl-functionalized polythiophene derivatives, Electrochim. Acta, 56 3447-3453, 2011
Csaba Janaky, Balázs Endrődi, Csaba Visy: Conjugated Polymer Based Magnetic Hybrids for Electrocatalytic Applications, ICSM 2010 Book of Abstracts, 6P-035, p., 273, Kyoto - Young Researcher Poster Award, 2010
Csaba Visy, Péter S. Tóth, Csaba Janáky, Emese Peintler-Kriván: Identification of the Charge Carrier, Primarily Responsible for the Development of the Name-Giving Property of Conducting Polymers, 61st ISE Meeting, Book of Abstracts, S05 Tue 11.20, Nice - invited talk, 2010
C. Visy, C. Janáky, K. Gresz, K. Tóth: Conducting polymer based thermoelectric nanocomposites, Eur. Workshop on Electrochem. Deposition of Thermoelectric Materials and Nanostructures Book of Abstracts, Kaub, 2011
Csaba Janáky, Csaba Visy: Conjugated polymer based composite materials for renewable energy applications, Lengyel Kémikusok Egyesülete Fiatal Tagozata, Spring Meeting, Murzasichle, Poland - invited plenary talk, 2011
B. Endrődi, Cs. Janáky, G. Bencsik, C. Visy: Electroreduction and Sensing of Dissolved O2 and H2O2 on a Polypyrrole/Magnetite Hybrid Electrode, ISE Spring Meeting, Turku, Book of Abstracts, 2011
Cs. Janáky, B Endrődi, C. Visy: Photoelectrocatalytic Reduction and Sensing of O2 and H2O2 on Conjugated Polymer Based Magnetic Electrodes, 219th ECS Meeting, Book of Abstracts p. 27, Symp. I6, 2025, Montréal, 2011
P. Tóth, C. Janáky, E. Peintler-Kriván, C. Visy: Electrosynthesis and Simoultaneously Performed in Situ Impedance and UV-VIS-NIR Studies on Poly(3-Thiophene-Butyric-Acid), 219th ECS Meeting, Book of Abstracts p. 98, Symp. I6, 2030, Montréal - invited talk, 2011
C. Visy, Cs. Janáky, B. Endrődi: Conducting polymer based hybrids for renewable energy materials, ElecNano4 – 7th ECHEMS, Book of Abstracts OC-39, Paris, 2011
G. Bencsik, C. Janáky, B. Endrődi, C. Visy: Electrocatalytic properties of the polypyrrole/magnetite hybrid modified electrode towards the reduction of hydrogen peroxide in the presence of dissolved oxygen, Electrochimica Acta, 73 53-58, 2012
T. Szabó, G. Bencsik, G. Kozák, C. Visy, Z. Gingl, K. Hernádi, K. Nagy, G. Váró, L. Nagy: Interaction between photosynthetic reaction centers and ITO, European Biophysics Journal with Biophysics Letters, 40 (2011) S179, 2011
P. S. Tóth, E. Peintler-Kriván, C. Visy: Fast redox switching into the conducting state, related to single mono-cationic/polaronic charge carriers only in cation exchanger type conducting polymers, Electrochem Communications, 18, (2012) 16-19, 2012
P. S. Tóth, C. Janáky, O. Berkesi, T. Tamm, C. Visy: On the unexpected cation exchange behavior, caused by covalent bond formation between PEDOT and Cl- ions, extending the conception for the polymer – dopant interactions, J Phys Chem B 116 (2012) 5491-5500, 2012
B. Endrődi, C. Janáky, G. Bencsik, C. Visy: Electroreduction and Sensing of Dissolved O2 and H2O2 on a Polypyrrole/Magnetite Hybrid Electrode, Abstract Book of 9th Spring Meeting of ISE, Turku, 2011
D. Ungor, E. Peintler- Krivan, B. Endrodi, C. Janaky, C. Visy: Synthesis and Characterization of Conducting Polymer Nanofiber Composites, 7th WEEM, Book of Abstracts, p. 42, Szeged-Hódmezővásárhely, 2012
P. S. Tóth, C. Janáky, E. Peintler-Kriván, C. Visy: Vezető polimerek kombinált, egyidejű spektroelektrokémiai és vezetésváltozási vizsgálata, MKE 1. Nemzeti konferencia, Sopron, 2011
Janáky Csaba, Endrődi Balázs, Visy Csaba: Elektromosan vezető polimerek mágneses nanorészecskékkel alkotott kompozitjai, és néhány alkalmazási lehetőségük, MKE 1. Nemzeti konferencia, Előadás összefoglalók: 109. o. Sopron, 2011
Tóth P. S., Visy C., C. Perrouchot, M. Jouini: Tiofén típusú vezető polimerek vizes közegben történő előállítása ionos és nem ionos felületaktív anyagok alkalmazásával, Abstracts of XXXIV. KEN, Szeged, 2011
Balázs Endrődi, Emese Peintler-Kriván, Mohd Asyadi Azam, Gergely Ferenc Samu, András Varga, Csaba Visy:: Thermoelectric and Electrochemical Properties of Highly Ordered Conducting Polymer/Carbon Nanotube Structures, 7th WEEM, Book of Abstracts, p. 13, Szeged-Hódmezővásárhely, 2012
Csaba. Visy, Péter S. Tóth, Emese Peintler-Kriván: Contribution of the Various Charge Carriers to the Development of the Conducting State of Conjugated Polymers: Identification and Interpretation, 63rd ISE Meeting, Book of Abstracts, Symp. 8, MON 11.40, Prague, 2012
Péter S. Tóth, Csaba Janáky, Ottó Berkesi, Tarmo Tamm, Csaba Visy: On the Unexpected Cation Exchange Behaviour, Caused by Covalent Bond Formation Between PEDOT and Cl- Ions, 63rd ISE Meeting, Book of Abstracts, Symp. 8, S08-060, Prague, 2012
Balázs Endrődi, Annamária Bíró, Csaba Janáky and Csaba Visy: Layer by Layer Growth of Conducting Polymer/Magnetite Hybrid Assemblies and Their Application as Modified Electrodes, 63rd ISE Meeting, Book of Abstracts, Symp. 8, S08-015, Prague, 2012
Bencsik Gábor: Vezető polimereken alapuló fotokatalitikus hatású összetett elektródok előállítása, jellemzése és lehetséges alkalmazásai, SZTE Kémia Doktori Iskola, 2012
Tóth Péter Sándor: Egyidejű spektroelektrokémiai és in situ vezetésmérési technika megvalósítása és alkalmazása a vezető polimerek redoxi átalakításainak vizsgálatára, SZTE Kémia Doktori Iskola, 2012
C. Janáky, C. Visy, O. Berkesi, E. Tombácz: Conducting polymer based electrode with magnetic behavior: electrochemical synthesis of poly(3-thiophene-acetic-acid) / magnetite nanocomposite thin layers, J Phys Chem C, 113 (2009) 1352-1358, 2009
Gábor Bencsik, Csaba Janáky, Emese Kriván, Zsófia Lukács, Balázs Endrődi, Csaba Visy: Conducting polymer based multifunctional composite electrodes, React. Kinet. Catal. Lett., 96 (2009) 421-428, 2009
Emese Kriván, Gábor Bencsik, Csaba Janáky, Péter S. Tóth, Balázs Roósz, Gábor Sós, Csaba Visy: Study on the electrodeposition of organic and inorganic thermoelectric materials for composite preparation, React. Kinet. Catal. Lett., 96 (2009) 429-436, 2009
C. Janáky, G. Bencsik, E. Kriván, A. Patzkó, E. Pinter, C. Visy: Conducting polymer based multifunctional nanocomposites, Zing Conference on Nanomaterials, Book of Abstracts, p. 50 Playa del Carmen, 2008
G. Bencsik, C. Janáky, C. Visy: Electrochemically synthesized conducting polymer based composite thin layer electrodes with photocatalytic and magnetic behaviour, VI. International Workshop on Electrodeposited Nanostructures, Book of Abstracts Berndorf, 2008
C. Janáky, C.Visy: Magnetic nanocomposites based on conducting polymers – synthesis and characterization, International Workshop on Advances in Nanoscience (SIWAN), p. 17 Szeged, 2008
G. Bencsik, C. Visy: Synthesis and characterisation of photo-active conducting polymer/iron oxalate composites, International Workshop on Advances in Nanoscience (SIWAN), p. 28 Szeged, 2008
G. Bencsik, Zs. Lukács, C. Visy: A ppm-level oxygen sensor, based on the photo-electrochemical bahaviour of iron oxalate containing polymers, ISE Spring Meeting, Szczyrk, Book of Abstracts, p. 198, 2009
Cs. Janáky, C. Visy: Conducting polymer based nanocomposites with magnetic behaviour, Euchems, Book of Abstracts, P-052, p. 79, Torino, 2009
Cs. Janáky, G. Bencsik, Z. Lukács, B. Endrődi, C. Visy: Conducting polymer based hybrids for analytical and biotevhnological applications, WEEM 2009, Book of Abstracts, p. 53., 2009
C. Janáky, O. Berkesi, E. Tombácz, C. Visy: Conducting polymer based electrode with magnetic behaviour: electrochemical synthesis of poly(3-thiophen-acetic-acid)/ magnetite nanocomposite thin layers, ISE Spring Meeting, Szczyrk, Book of Abstracts, p. 228., 2009



Back »