Studentská vědecká konference 2019

Energy storage devices play a vital role in our everyday lives. Thus, it is of a great importance to work on their further development to increase their efficiency. Herein, cellulose nanofibrils (NFC), polyaniline (PANI) and reduced graphene oxide (RGO) are employed to elaborate flexible composite electrodes for supercapacitors. Due to its rich redox chemistry and easy synthesis, PANI is a judicious option for pseudocapacitive materials but it exhibits poor processability associated with its brittleness and insolubility in common solvents. Thus, its combination with flexible NFC substrate facilitates the fabrication of free-standing electrodes. The performance of the material can be further improved by addition of carbonaceous substances, such as RGO, which enhances the capacitive contribution of the electric double layer and the mechanical properties. Prepared composites exhibited good charge storage performance with specific capacitances reaching values around 120 F/g. Good charge transport properties were conserved after addition of nonconductive NFC matrix and the highest obtained conductance among the materials was 3.4 S/cm. The composites displayed nice mechanical integrity, which should allow them to be promising candidates for the application in flexible supercapacitors.  

Membránové separační procesy patří mezi průmyslové technologie používané od osmdesátých let 20. století. Cílem vývoje nových membránových materiálů je vyvinutí membrán s vyšší propustností i zvýšenou separační účinností pro daný plyn v porovnání se stávajícími materiály. V posledních letech se uhlíkové materiály, jako jsou grafenoxid (GO) nebo jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNT), začaly úspěšně testovat pro dělení plynných směsí (H₂/CO₂). V této práci byly studovány permeační a separační vlastnosti kompozitních membrán, připravených (i) na bázi SWCNT s GO vrstvou s vysokou porozitou a (ii) kompozitních membrán s nylonovým nosičem a tenkou vrstvou GO s přídavkem iontové kapaliny 1-ethyl-3-methyl-imidazoliumdikyanamid ([emim][dca]) nebo 1-butyl-3-methyl-imidazoliumdikyan-amid ([bmim][dca]). Propustnost membrán pro plyny (H₂, CO₂, CH₄, C₃H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ a SF₆) byla testována pomocí integrálního permeametru (time-lag metoda) při 25ºC a přetlaku 1 bar, sorpční vlastnosti materiálů byly stanoveny gravimetricky v intervalu tlaků 1-16 barů. Dále byl studován vliv modifikací SWCNT-GO membrán přídavkem dvojmocných iontů paladia (10, 25 a 40 hm.%) a vliv relativní vlhkosti při přípravě membrán na jejich separační vlastnosti.  

V této práci byla provedena měření celé řady fyzikálně chemických vlastností vodných roztoků bis(fluorosulfonyl)imidu sodného (aktivita vody, viskozita, hustota, konduktivita). Studované veličiny byly proměřeny jak v koncentrační závislosti (molálně 1–23.7 mol.kg^-1), tak v teplotní závislosti (288.15–333.15 K a v případě aktivity vody 288.15–318.15 K). Experimentální data byla posléze vyhlazena vhodnými korelačními vztahy schopnými spolehlivě popsat dané veličiny jako funkce obou uvažovaných proměnných.  Vedle již uvedených dat tato práce obsahuje informaci o teplotě tuhnutí a entalpii tuhnutí čistého bis(fluorosulfonyl)imidu sodného a doplňuje tak doposud chybějící data nezbytná pro využití studovaného systému jak v laboratorních, tak v průmyslových aplikacích.  

Solvated electrons are a species formed, e.g., by dissolving alkali metals in liquid ammonia. As such, their chemical reactivity can be exploited in various reactions—for instance, the Birch reduction. Here, benzene-like aromatics are reduced by solvated electrons in the presence of a proton source. For our study we have chosen the benzene radical anion as a representative structure. According to previous ab initio studies, the benzene radical anion is in an unbound state in vacuum and it was proposed that it can be stabilized by various condensed phases. However, there are no such effects explicitly known for ammonia. Since the benzene radical anion participates in the Birch reduction, it must be electronically stabilized and therefore we expect ammonia to exhibit a stabilizing effect as well. To study these effects, we have utilized microsolvated gas-phase clusters containing the benzene radical anion surrounded by sequentially increasing number of ammonia molecules. Then we calculated the binding energy of the excess electron in these clusters vertically from structures optimized in the anionic state at the DFT and MP2 level of theory in extensive basis sets. Eventually, we show that ammonia exhibits a significant stabilizing effect on the benzene radical anion.

Cononsolvency is an experimentally observed phenomenon, which leads to a decrease or even disappearance of the solubility of a macromolecule (i.e., thermoresponsive polymer PNIPAm) in a mixture of two good solvents. Even though cononsolvency is widely applied in industry, there is still an active debate in the scientific community about the underlying mechanism and interactions at the microscopic level.  In our contribution, we performed coarse-grained computer simulation to study the cononsolvency effect in polymer:water:methanol mixture beyond the infinite dilution of the polymer. The current aim is the qualitative description of polymer phase behavior and quantitative thermodynamic description of the polymer solution in the cononsolvency regime at a finite concentration of polymer chains.    

Iontové kapaliny se vyznačují nízkou těkavostí, dobrou tepelnou stabilitou a zejména dobrým rozpouštěním oxidu uhličitého. Data o rozpustnosti CO₂ v těchto kapalinách jsou žádoucí informací, která ale není pro některé ionty v literatuře dostupná, například aniont dikyanamid. V rámci této práce byla experimentálně stanovena rozpustnost oxidu uhličitého v iontové kapalině 1-butyl-methylpyrrolidinium dikyanamid (označované jako [bmpyr][DCA]). Ze získaných pVT dat byla vyhodnocena tlaková závislost Henryho konstanty CO₂ v [bmpyr][DCA] v rozsahu 0,1-1 MPa při teplotách 25 a 35°C. Výsledky byly také porovnány s dříve stanovenou rozpustností oxidu uhličitého v iontové kapalině 1-ethyl-3-methylimidazolium dikyanamid (označované [emim][DCA]) ve stejném teplotním a tlakovém rozsahu.