Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Выполнение данного проекта, направленного на разработку электродных материалов нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов, основано на комбинировании двух основных подходов. Первый их них связан с введением проводящего углеродного компонента в состав композиционного материала на стадии синтеза, что позволяет улучшить адаптируемость конечного материала к изменению объема в ходе многократного повторения циклов заряда/разряда при работе аккумулятора, а также увеличивает электронную проводимость и площадь поверхности композита, которые также необходимы для обеспечения хороших электрохимических характеристик. Второй подход, который применялся в данном проекте, основан на разработанном нами "пероксидном" методе синтеза тонких оксидных и сульфидных пленок. Ранее нами было показано, что добавление пероксида водорода к водным растворам гидроксокомплексов р-элементов (олова, сурьмы, германия) приводит к их поликонденсации за счет кислотных свойств пероксида водорода. При этом координированные пероксогруппы стабилизируют олигомерные формы и препятствуют их агломерации. Добавление в водно-пероксидную систему "антирастворителя" (например, этанола) приводит к осаждению тонкой пленки соответствующего пероксосоединения преимущественно на поверхности предварительно диспергированных в системе частиц материала. Сродство частиц пероксидсодержащего золя к поверхности материала подложки, вероятно, связано с образованием водородных связей с участием координированных с атомом р-элемента гидропероксогрупп, которые в среднем выше по энергии по сравнению с аналогичными водородными связями гидроксогрупп. Работа по проекту велась в соответствии с заявленным на 2016 год планом, все поставленные задачи выполнены. Основные результаты выполнения проекта в 2016 году заключаются в следующем. 1. Модифицированным методом Хаммерса синтезирован и охарактеризован оксид графена (в виде водной дисперсии 0.5-2% масс.), который в дальнейшем в ходе выполнения проекта для синтеза новых материалов. 2. Синтезирован материал пероксостаннат лития - оксид графена LiSnOOH-GO, получены продукты его термической обработки в вакууме при 300 и 500°С. Исследованы химический и фазовый состав и морфология указанных образцов, а также их электрохимические свойства в качестве анодных материалов литий-ионных аккумуляторов. По данным электронной микроскопии осаждение пероксостанната лития в ходе синтеза происходит преимущественно на поверхности частиц оксида графена, агломерация частиц вне поверхности углеродной подложки незначительна. По данным рентгенографии порошка, частичное разложение пероксостанната лития на поверхности частиц оксида графена и кристаллизация одного из продуктов разложения - диоксида олова происходит уже при комнатной температуре. После нагревания образца до 500°С в рентгенограмме помимо фазы диоксида олова регистрируются кристаллические фазы станната лития Li2SnO3 и металлического олова. Наилучшие электрохимические характеристики в качестве анодного материала литий-ионного аккумулятора среди синтезированных материалов на основе станната лития, диоксида олова и оксида графена демонстрирует образец, полученный в ходе термообработки при 300°С. Удельная электрохимическая емкость разряда этого материала на втором цикле при плотности тока 100 мА/г составляет 992 мАч/г, но снижается на последующих циклах. Разрядная емкость 60-го цикла составляет 697 мАч/г, что отвечает 70 % от величины разрядной емкости второго цикла, то есть падение емкости на каждом цикле составляет в среднем 0.6 и 0.7 %. 3. В рамках выполнения данного проекта в соответствии с планом работы синтезированы гибридные материал на основе оксида графена и пероксоантимоната или пероксостанната натрия. Использование натриевой щелочи в ходе синтеза и получение пероксидсодержащих солей натрия в качестве продуктов реакции оправдано с точки зрения замены токсичных и нестабильных органических оснований. В дальнейшем диспергированные в этаноле пероксидсодержащие образцы были подвергнуты обработке сероводородом и последующей термообработке в вакууме с целью получения допированных натрием сульфидов сурьмы или олова, соответственно, в составе композитов на основе восстановленного оксида графена. Результаты исследования синтезированных при 300°С образцов методом сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (СПЭМ) демонстрируют равномерное покрытие листочков оксида графена наноразмерными кристаллами сульфида сурьмы(III) или сульфида олова(IV), допированных натрием. Формирование кристаллических фаз сульфидов сурьмы или олова в составе соответствующих композитов подтверждается данными рентгенофазового анализа. 4. Синтезированные при 250 и 300°С материалы на основе допированных натрием сульфидов олова и сурьмы и восстановленного оксида графена были исследованы в качестве анодных материалов натрий-ионных аккумуляторов. Наилучшие характеристики демонстрируют материалы, полученные при более высокой температуре (300°С), что, по-видимому, связано с более высокой степенью восстановления оксида графена, который обеспечивает лучшую электронную проводимость. Удельная электрохимическая емкость разряда при плотности тока 100 мА/г на втором цикле для образца на основе допированного натрием сульфида сурьмы и восстановленного оксида графена, полученного при 300°С, составляет 730 мАч/г, соответственно, и снижается на последующих циклах. Разрядная емкость 45-го цикла составляет 707 мАч/г, что отвечает 97% от величины разрядной емкости второго цикла. Данный материал при циклировании в составе анода в электрохимической ячейке с натриевым противоэлектродом показывает очень хорошие скоростные характеристики.Так, значение удельной разрядной емкости указанного образца снижается с 567 до 476 мАч/г при увеличении плотности тока с 100 до 3000 мА/г, то есть сохраняется до 84% исходной емкости материала, что заметно лучше по сравнению с недопированным натрием материалом, для которого при аналогичном изменении плотности тока емкость снижалась до 70% от исходной [Yu D.Y.W., Prikhodchenko P.V., Mason C.W. et al. // Nat. Commun. 2013. V. 4. P. 2922]. Таким образом, замена органического основания на натриевую щелочь в ходе синтеза гибридного электродного материала на основе оксида графена и сульфида сурьмы позволяет предложить безотходный и потенциально масштабируемый в реальном технологическом процессе метод синтеза анодных материалов и, хотя и приводит к допированию неорганических фаз натрием, не ухудшает, а, напротив, улучшает электрохимические характеристики конечного продукта. Вместе с тем, электрохимические характеристики композита на основе восстановленного оксида графена и допированного натрием сульфида олова уступают таковым для недопированного натрием материала, описанного нами ранее [Prikhodchenko P.V., Yu D.Y.W., Batabyal S.K. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 8431], а также для материала на основе допированного натрием сульфида сурьмы Sb2S3. В ходе циклирования образца анодного материала на основе допированного натрием сульфида олова(IV) и восстановленного оксида графена, полученного после термообработки в вакууме при 300°С, в электрохимических ячейках с натриевым противоэлектродом при токе заряда-разряда 100 мА/г удельная электрохимическая емкость разряда на втором цикле составляет 347 мАч/г и снижается на последующих циклах: разрядная емкость 100-го цикла составляет 322 мАч/г, что отвечает 93% от величины разрядной емкости второго цикла, то есть падение емкости на каждом цикле составляет в среднем 0,07 %. Значение удельной разрядной емкости данного материала снижается до 126 мАч/г при увеличении плотности тока до 2000 мА/г. 5. Получен композиционный материал на основе диоксида олова и проводящего технического углерода SuperP, исследованы состав и морфология данного композита и его электрохимические характеристики в качестве анодного материала литий-ионного аккумулятора. Массовая доля диоксида олова в полученным композите по данным элементного анализа составляет менее 30%, морфология материала определяется структурой углеродной подложки, а диоксид олова формирует равномерное покрытие на поверхности наночастиц технического углерода. При циклирования данного анодного материала в электрохимической ячейке с литиевым противоэлектродом при токе заряда-разряда 100 мА/г удельная электрохимическая емкость разряда на втором цикле составляет 500 мАч/г и медленно снижается на последующих циклах. Разрядная емкость 50-го цикла составляет 410 мАч/г, что отвечает 82% от величины разрядной емкости второго цикла, то есть падение емкости на каждом цикле составляет в среднем 0.4%. Вероятно, повышение удельной электрохимической емкости для композита на основе технического углерода и диоксида олова в дальнейшем можно достичь за счет увеличения содержания SnO2 путем повторного осаждения тонкой пленки диоксида олова на поверхность частиц материала. Значение удельной разрядной емкости для материала на основе диоксида олова и технического углерода снижается с 500 до 330 мАч/г при увеличении плотности тока с 100 до 2000 мА/г. В ходе выполнения данного проекта также синтезирован гибридный материал на основе углеродных нанотрубок (CNT-300) и диоксида олова, который исследован в качестве анодного материала в ячейке с литиевым противоэлектродом. После 100 циклов заряда-разряда данного материала наблюдается падение разрядной емкости с 584 мАч/г до 426 мАч/г. 6. В рамках проекта получен композиционный материал на основе оксида графена и сульфида марганца MnS@rGO. Материал синтезировали обработкой сероводородом и последующей термообработкой в вакууме продукта, полученного взаимодействием водного раствора перманганата калия и предварительно осажденного на поверхности частиц оксида графена пероксобората аммония. По данным просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения, частицы сульфида марганца(II) размером 5-10 нм равномерно распределены по поверхности листочков оксида графена и отсутствуют какие-либо агломераты вне поверхности субстрата. 7. В ходе выполнения данного проекта разработана методика получения тонких оксидных пленок из водно-пероксидных растворов, содержащих соединения ванадия и титана. В частности, нами предложено осуществлять осаждение тонких пленок пероксованадата аммония на поверхность оксида графена, который при разложении образует оксид ванадия(V). Далее в ходе термообработки в вакууме при 500°С происходит восстановление ванадия и оксида графена, что позволяет получить композиционный материал на основе оксида ванадия(IV) и восстановленного оксида графена. 8. Механизм формирования тонких пленок пероксосоединений олова, сурьмы, бора и других р-элементов при количественном быстром осаждении из раствора остается неизученным. Вероятно, определяющую роль в преимущественном взаимодействии золя прекурсора и поверхности субстрата играет химическое взаимодействие, а именно водородные связи гидропероксокомплексов олова, сурьмы, бора и других р-элементов с кислородсодержащими группами материала подложки. В этой связи актуальной задачей является изучение топологии водородных связей с участием пероксида водорода и его производных, в том числе гидропероксокомплексов, и сравнение особенностей такого взаимодействия с аналогичными свойствами родственных молекул, например, молекул воды. В ходе выполнения проекта был выполнен систематический анализ топологии водородных связей с участием молекул пероксида водорода в кристаллических пероксогидратах. Были сформулированы следующие выводы: 1) Молекула пероксида водорода всегда образует две водородные связи как донор протона; 2) Молекула пероксида водорода может образовать от 0 до 4 водородных связей как акцептор протона; 3) Общее количество водородных связей с участием одной молекулы пероксида водорода составляет от 2 до 6. Выводы, полученные в результате анализа структурных данных, подтверждаются DFT расчетами модельных систем. (В качестве модели были выбраны системы 2HCN•H2O и 2HCN•H2O2.). Сравнительное изучение молекул пероксида водорода и воды, а также гидропероксо- и гидроксокомплексов р-элементов продолжено на примере исследования их взаимодействия с кристаллическими подложками. В качестве модели твердой подложки выбрана поверхность минерала бемита γ-AlO(OH). За прошедший год, в ходе выполнения проекта выполнены расчеты в рамках теории функционала плотности (DFT) с периодическими граничными условиями с использованием обменно-корреляционного функционала B3LYP в программе CRYSTAL14, предназначенной для выполнения неэмпирических расчетов периодических систем. Для атомов Al, O и H использовались полноэлектронные базисные наборы. Модель подложки приготовили переходом от трехпериодической системы к двухпериодическому кристаллическому слою, состоящему из 8 атомных плоскостей, вырезанных параллельно кристаллографической плоскости (010). На первом этапе была проведена оптимизация и расчет полученной модели подложки. Далее были рассчитаны системы с дефектами на поверхности подложки бемита, в частности, с одной из поверхностей удаляли гидроксогруппу, с другой – протон. Оценка энергии взаимодействия бемита и молекул воды или пероксида водорода позволит определить роль пероксидсодержащих групп в процессе формирования тонких пленок пероксокомплексов р-элелементов на поверхности подложки.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Имеются две публикации с упоминанием Фонда в СМИ, посвященные результатам проекта : «Основой калий-ионных аккумуляторов может стать «позолоченный» оксид графена» (https://www.gazeta.ru/science/news/2017/09/13/n_10561814.shtml) и «Химики научились предсказывать устойчивость кристаллических соединений пероксида водорода»(https://www.gazeta.ru/science/news/2017/03/17/n_9809069.shtml) В ходе выполнения проекта разработан «темплатный» метод синтеза композитов на основе оксида графена и оксидов или сульфидов переходных металлов, который заключается в предварительном осаждении тонкой пленки пероксобората аммония на частицах оксида графена, последующем диспергировании полученного пероксидсодержащего композита в неводном растворителе и взаимодействии полученной дисперсии с солью соответствующего металла. Последующая термообработка продукта позволяет получать композиты, в которых наночастицы оксида металла равномерно распределены по поверхности частиц оксида графена. Соответствующие сульфидные производные могут быть получены взаимодействием дисперсии оксидного материала с сероводородом. С использованием описанного выше метода синтезированы и охарактеризованы композиционные материалы на основе восстановленного оксида графена и оксидов или сульфидов марганца и железа. С использованием в качестве прекурсора водно-пероксидного раствора пероксованадата аммония получены материалы на основе восстановленного оксида графена и оксидов ванадия. Показано, что регулируя режим термообработки исходного материала, содержащего кристаллы пероксованадата аммония, можно получать различные по фазовому составу и морфологии материалы. Аналогичные результаты получены с использованием в качестве прекурсора водно-пероксидного раствора пероксониобата. По данным рентгенографии порошка композит, полученный добавлением избытка этанола к дисперсии оксида графена в водно-пероксидном растворе пероксониобата аммония, содержит кристаллическую фазу соответствующего пероксокомплекса ниобия (NH4)3Nb(OO)4. В ходе последующей термообработки происходит разложение пероксосоединения с образованием оксида ниобия(V) Nb2O5 в составе композита на основе восстановленного оксида графена. В ходе выполнения проекта впервые показана принципиальная возможность использования совместного осаждения пероксокомплексов различных элементов для получения композиционных анодных материалов. Были получены равномерные тонкие пленки пероксокомплексов теллура и олова на поверхности чешуек оксида графена (SnTeOOH-GO-RT) при совместном осаждении из основных пероксидных растворов при комнатной температуре. Восстановление неорганической фазы и материала подложки при кипячении с гидразином в глицерине в течение 35 минут позволяет получить композиционный материал на основе кристаллического теллурида олова(II) и восстановленного оксида графена. Другим примером совместного осаждения пероксокомплексов р-элементов может служить получение композита на основе пероксотеллурата и пероксоантимоната. В синтезированном «пероксидным» методом композите пероксосоединения теллура(VI) и сурьмы(V) образуют равномерную тонкую пленку на поверхности чешуек оксида графена. Последующее быстрое восстановление полученного композита гидразином в кипящем глицерине позволяет получить композиционный материал, в котором кристаллы теллурида сурьмы(III) (размером менее 200 нм) распределены по поверхности частиц оксида графена. В ходе выполнения проекта композиционные материалы на основе восстановленного оксида графена и теллурида олова(II) и сурьмы(III) (SnTe-rGO и Sb2Te3-rGO, соответственно) исследованы в составе анодов литий- и натрий ионных аккумуляторов. Величина удельной массовой зарядной емкости материала SnTe-rGO в ячейке с литиевым противоэлектродом составляет 690 мАч/г, а значение удельной объемной емкости - 3015 мАч/см3 при токе заряда-разряда 100 мА/г. Данная величина удельной объемной емкости превышает аналогичные значения, известные на данный момент для анодных материалов на основе теллура в литий-ионнных аккумуляторах, и близка к теоретической емкости для SnTe. Электрод на основе материала SnTe-rGO обладает хорошими скоростными характеристиками: величина емкости составляет 448 мАч/г (1960 мАч/см3) при увеличении тока заряда-разряда до величины 2000 мА/г, что составляет 68% от величины емкости при токе заряда-разряда 100 мА/г. Величина удельной массовой емкости материала SnTe-rGO в полуячейке с натриевым противоэлектродом составляет 300 мАч/г при длительном циклировании, что соответствует величине удельной объемной емкости 1311 мАч/см3. Величина удельной объемной емкости превышает известные на данный момент значения для анодных материалов на основе теллура в составе натрий-ионных аккумуляторов. Материал обладает хорошей стабильностью при и приемлемыми скоростными характеристиками циклировании в полуячейке с натриевым противоэлектродом: при увеличении тока заряда-разряда до 2000 мА/г величина емкости составляет 165 мАч/г, что составляет 60% от величины емкости при токе заряда-разряда 100 мА/г. Величина зарядной емкости для материала Sb2Te3-rGO в полуячейке с литиевым противоэлектродом близка к теоретической и составляет 514 мАч/г, что соответствует участию в реакции 12 электронов на одну формульную единицу Sb2Te3. Несмотря на относительно крупный размер частиц (<200 нм), скоростные характеристики электрода хорошие. При увеличении тока заряда-разряда в 20 раз величина емкости составляет 60% от величины, соответствующей току 100 мА/г. Величина удельной разрядной емкости, полученная для материала Sb2Te3-rGO при циклирования в полуячейке с натриевым противоэлектродом, составляет 420 мАч/г при длительном циклировании (более 100 циклов). Эта величина превышает имеющиеся в литературе данные для анодов на основе теллура и составляет 82% от теоретической емкости. Величина удельной объемной емкости составляет 1635 мАч/см3. Анодный материал Sb2Te3-rGO также обладает хорошими скоростными характеристиками в качестве анода натрий-ионного аккумулятора. При увеличении тока разряда до 2000 мА/г величина емкости составляет 256 мАч/г (1004 мАч/см3), что составляет 61% величины емкости при токе разряда 100 мА/г. Установлено, что вклад восстановленного оксида графена заключается в улучшении стабильности материала при циклировании и улучшении скоростных характеристик, что, вероятно, обусловлено увеличением электронной проводимости, удельной площади поверхности, а также улучшением адаптируемости материала к изменению объема. В ходе выполнения проекта впервые исследована морфология, фазовый и элементный состав и описаны электрохимические свойства композиционного материала на основе германата натрия и восстановленного оксида графена. Показано. что введение в исходную систему катиона щелочного металла позволяет снизить растворимость пероксогерманата и осуществлять количественное осаждение наночастиц пероксогерманата натрия на поверхность подложки при относительно небольшом количестве добавляемого «антирастворителя», а также решает проблемы, связанные с утилизацией токсичных отходов в случае использования исходных систем с органическими катионами. 8. В ходе выполнения проекта композит дисульфид олова-восстановленный оксид графена (SnS2-rGO) исследован в качестве возможного активного материала анодов калий-ионных аккумуляторов. Материал был синтезирован пероксидным методом, включающим последовательные стадии осаждения наночастиц пероксостанната на поверхность частиц оксида графена, химической модификации обработкой сероводородом и последующей температурной обработки в вакууме при температуре 300оС. В полученном композиционном материале SnS2-rGO нанокристаллы гексагонального дисульфида олова(IV) с преимущественной ориентацией (001) равномерно распределены по поверхности листочков восстановленного оксида графена. Величина удельной электрохимической емкости для материала SnS2-rGO в полуячейке с калиевым противоэлектродом составляет 350 мАч/г, что превышает величины для углеродного анода. Взаимодействие олова и серы с калием подтверждается образованием фаз KSn и K2S6 в электродах, разряженных до величины напряжения 0,01 В отн. К/К+, в то время как указанные фазы отсутствуют в электродах, заряженных до 2 В. При увеличении тока 2000 мА/г величина емкости сохраняется на уровне 120 мАч/г. В ходе выполнения проекта впервые исследован механизм образования, роста и осаждения наночастиц золя пероксостанната. Механизм роста частиц пероксостанната натрия был исследован методом динамического рассеяния света (DLS) с привлечением данных ЯМР 119Sn и результатов химического анализа исследуемой системы. Гидродинамический радиус частиц определяли через определенные промежутки времени для растворов с различной концентрацией по олову. Для обоих случаев наблюдается последовательный рост частиц. При этом, выявлена линейная зависимость квадрата среднего радиуса от времени роста, что характерно для механизма роста частиц, в которых лимитирующей стадией являются поверхностные процессы – взаимодействие поверхности растущей частицы со строительными блоками – мономерами или олигомерами.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Выполнены электрохимические исследования композиционных материалов на основе восстановленного оксида графена и оксидов ванадия в составе анодов в полуячейках с литиевым и натриевым противоэлектродами. Синтез материалов осуществляли количественной кристаллизацией пероксованадата аммония на поверхности частиц оксида графена. Последующая термообработка в инертной атмосфере сопровождается взрывным разложением пероксованадата аммония и приводит к формированию тонкой равномерной оксидной пленки на поверхности частиц оксида графена. Дальнейший нагрев материала в аргоне при температуре 380оС (VOх-rGO-380) и нагрев вакууме до 500оС (VOx-rGO-500) приводит к формированию на поверхности листочков восстановленного оксида графена кристаллических фаз V3O7 и VO2, соответственно. Материал на основе восстановленного оксида графена и оксида ванадия(IV) стабилен при длительном циклировании в составе анодов в полуячейках с литиевым противоэлектродом и имеет хорошие скоростные характеристики. Величина обратимой емкости сохраняется на уровне 320 мАч/г в течение 200 циклов при токе заряда/разряда 100 мА/г. Увеличение плотности тока в ходе гальваностатического циклирования в 20 раз приводит к снижению величины обратимой емкости до 200 мАч/г. Материалы на основе оксидов ванадия V3O7 и VO2 и восстановленного оксида графена исследовали в полуячейках с натриевым противоэлектродом. Обработанные при 380 и 500оС электроды являются достаточно стабильными: снижение удельной электрохимической емкости к 50-му циклу при высоком значении тока заряда/разряда (3000 мА/г) составляет лишь 10% и 5%, соответственно. Результаты, полученные в ходе выполнения исследований при высоких плотностях тока (до 3000 мА/г), превосходят ранее опубликованные в литературе значения, что доказывает эффективность использования данного метода получения тонких пленок оксида ванадия на поверхности восстановленного оксида графена. Разработан способ получения тонких пленок оксида ванадия на поверхности восстановленного оксида графена взрывным разложением относительно крупных частиц кристаллического пероксованадата аммония. При этом происходит равномерное распределение наночастиц содержащих ванадий продуктов в виде тонкого покрытия на частицах оксида графена. Исследованы морфология, фазовый и элементный состав и электрохимические свойства композиционного материала «технический углерод-оксид ванадия», синтезированный осаждением микрокристаллов пероксованадата аммония на поверхность технического углерода с последующей термообработкой. Величина удельной обратимой емкости при электрохимическом исследовании анода на основе композита «технического углерод - V3O7» с литиевым противоэлектродом составляет 300 мАч/г, что ниже соответствующей величины для анода на основе графена. Вместе с тем, циклирование данного материала в полуячейках с натриевым противоэлектродом показало величины, которые сопоставимы с графеновым аналогом: величина обратимой емкости анодного материала на основе технического углерода составляет 200 мАч/г при длительном циклировании в течение 50 циклов при величине тока заряда/разряда 100 мА/г. Следует отметить хорошие скоростные характеристики исследуемого материала: при увеличении плотности тока в 20 раз происходит снижение емкости в 2 раза. Показано, что использование технического углерода, значительно более дешевого по сравнению с оксидом графена, имеет неплохие перспективы при создании анодов на основе оксидов ванадия для натрий-ионных аккумуляторов. Композиционный материал на основе оксида ниобия(V)-восстановленный оксид графена (NbO-rGO-550) получен термической обработкой композита пероксониобат аммония-оксид графена, выделенного из пероксидсодержащего раствора соответствующего прекурсора. Материал стабилен при длительном циклировании при токе заряда/разряда 100 мА/г в полуячейках с литиевым противоэлектродом. Величина обратимой электрохимической емкости сохраняется на уровне 200 мАч/г после 100 циклов заряда/разряда. Величины удельной электрохимической емкости снижается до 53 мАч/г при увеличении тока в 20 раз. В ходе выполнения проекта выполнено исследование электрохимических характеристик электродного материала сульфид железа FeS2-восстановленный оксид графена, синтезированного «темплатным» методом. Величина обратимой емкости составляет 420 мАч/г после 50 циклов заряда/разряда при токе 100 мА/г в полуячейках с литиевым противоэлектродом. При увеличении плотности тока в 20 раз (до 2000 мА/г) величина емкости снижается до 65 мАч/г, что соответствует 10% от таковой при плотности тока 100 мА/г. Показано, что электродные материалы на основе композиционных материалов, синтезированных «темплатным» методом, имеют хорошие электрохимические характеристики в составе анодов в полуячейках с натриевым противоэлектродом. Величина обратимой емкости составляет 520 мАч/г после 40 циклов при токе 100 мА/г. При увеличении тока разряда в 20 раз величина емкости снижается до 190 мАч/г. Выполнены исследования электродных материалов сульфид сурьмы(III)-восстановленный оксид графена (Sb2S3-rGO) и оксид германия(IV)-восстановленный оксид графена (GeO2-rGO) в полуячейках с калиевым противоэлектродом. Взаимодействие сульфида сурьмы с калием обеспечивает высокие значения удельной электрохимической емкости. Величина удельной разрядной электрохимической емкости 20-го цикла составляет 380 мАч/г, что превышает величину для углеродного анода при длительном циклировании (278 мАч/г). Материал на основе оксида германия(IV) GeO2-rGO, синтезированый осаждением наночастиц пероксогерманата на поверхность частиц оксида графена с последующей температурной обработкой, показал высокие значения удельной электрохимической емкости (815 мАч/г для 10-го цикла). Показано, что соединения р-элементов и композиционные материалы на их основе являются перспективными анодными материалами калий-ионных аккумуляторов с высокими значениями удельной емкости. Выполнено теоретическое исследование вероятного механизма преимущественного осаждения частиц золя пероксосоединений р-элементов на поверхность подложек различного состава и морфологии на примере сравнения взаимодействия молекул воды и пероксида водорода с поверхностью минерала бемита (gamma-AlOOH). Показано, что морфология поверхности gamma-AlOOH влияет на энергию водородной связи адсорбированных молекул. Наблюдается заметное увеличение энергии H-связей адсорбированного пероксида водорода или воды на подложках с кислородными и алюминиевыми дефектами по сравнению с бездефектной поверхностью. Полная энергия H-связей пероксида водорода превышает таковую для воды на ~30 кДж/моль для всех рассмотренных моделей поверхностей. Данная закономерность может быть распространена на сравнение взаимодействия гидроксо- и гидропероксокомплексов с кислородсодержащими поверхностями: более высокие значения энергии водородных связей гидропероксогрупп объясняют высокое сродство частиц золя пероксокомплексов р-элементов к поверхности подложки при осаждении из водно-пероксидных растворов соответствующих прекурсоров. Показана целесообразность применения пероксидсодержащих прекурсоров для получения материалов на основе p- и d-элементов. Пероксидный метод обеспечивает равномерное тонкое покрытие поверхности подложки пленкой соответствующего пероксокомплекса. Возможность температурной обработки в различной атмосфере, а также химической модификации пленки пероксокомплекса позволяет получать композиционные материалы различного состава. Темплатный метод синтеза материалов, предполагающий получение тонкой пленки пероксобората на которую осаждаются соединения металлов (d-элементы) требует дополнительной оптимизации. Возможно, следует заменить темплатную пленку пероксобората, на пероксогерманат или пероксостаннат, чтобы в итоге получать композиты сложного состава. Результаты электрохимических исследований для многих материалов получены впервые. При этом величины обратимой емкости и скоростные характеристики анодных материалов в составе полуячеек с литиевым, натриевым и калиевым противоэлектродами не уступают, а во многих случаях и превышают опубликованные результаты.