Fizyka powierzchni międzyfazowej węgli niskowymiarowych i roztworów jonowych

[…] Widać, jak głęboko autor wiąże najnowszą wiedzę fizyki ciała stałego z zagadnieniami elektrochemii. Bardzo ciekawe są jego uwagi o koordynacji rozkładu gęstości stanów z zachowaniem elektrochemicznym stosowanych struktur nanorurek i grafenów. […] Autor przedstawia światowe osiągnięcia z zastosowaniem różnych elektrod jako czynników elektrochemicznych, zwracając uwagę na dużą możliwość wykorzystywania elektrod z węgli niskowymiarowych. […] Należy podkreślić, że temat opracowany przez autora jest nowy i doskonale wiąże osiągnięcia najnowszej technologii nanostruktur węglowych z ciekawymi zagadnieniami teorii ciała stałego i elektrochemii.

Prof. Franciszek Rozpłoch

[…] Monografia przedstawia najnowszy stan wiedzy dotyczącej struktury międzyfazy węgli niskowymiarowych (nanorurek i grafenu) i roztworów jonowych. Poważną część pracy stanowią wyniki badań własnych autora, wnoszących istotne elementy nowości naukowej do badań mechanizmów wspomagających kinetykę reakcji elektrodowych badanych reakcji. Autor doskonale powiązała wyniki badań własnych z aktualną wiedzą o nowych materiałach węglowych. […] Jestem przekonany, że wielu badaczy po zapoznaniu się z treścią tej książki podniesie swój poziom wiedzy i wzbogaci swój warsztat badawczy. Skorzystać z niej będą mogli zarówno fizycy, chemicy, jak i biolodzy, a przede wszystkim zainteresowani badaniami interdyscyplinarnymi z wykorzystaniem nanomateriałów węglowych w elektrochemii technicznej oraz biotechnologii.

Prof. Stanisław Biniak

Wykaz najważniejszych oznaczeń i symboli / 7
Wstęp / 9

Rozdział 1. Wiadomości wstępne / 13
1.1. Obszar międzyfazowy pomiędzy elektrodą i roztworem jonowym / 13
1.1.1. Potencjały elektryczne fazy / 13
1.1.2. Elektryczna warstwa podwójna / 14
1.1.3. Pojemność elektryczna podwójnej warstwy elektrycznej / 14
1.2. Kinetyka przeniesienia ładunku / 17
1.2.1. Kinetyczne równania reakcji redukcji i utleniania /17
1.2.2. Równanie Butlera-Volmera / 18
1.3. Teorie przeniesienia elektronu / 21
1.3.1. Teoria Marcusa / 21
1.3.2. Model Gerischera / 25
1.4. Transport masy / 28

Rozdział 2. Węgle niskowymiarowe i granica faz / 37
2.1. Struktura elektronowa / 37
2.1.1. Grafen / 38
2.1.2. Nanorurki i nanowstążki grafenowe / 42
2.1.3. Grafenowe struktury wielowarstwowe / 45
2.2. Nieporządek / 50
2.2.1. Defekty samoistne / 50
2.2.1.1. Defekty zerowymiarowe / 51
2.2.1.2. Krzywizny gaussowskie i defekty jednowymiarowe / 54
2.2.1.3. Amorfizacja / 56
2.2.2. Adsorbaty i domieszki / 58
2.2.3. Podłoże jako źródło nieporządku / 61
2.3. Granica międzyfazowa / 62
2.3.1. Woda międzyfazowa / 62
2.3.2. Adsorpcja jonów / 66
2.3.3. Struktura międzyfazowa cieczy jonowych / 69
2.4. Rozpraszanie ramanowskie / 71
2.4.1. Zależność dyspersyjna dla fononów / 72
2.4.2. Klasyfikacja procesów rozpraszania ramanowskiego / 74
2.4.3. Kształt linii spektralnych rozpraszania ramanowskiego / 77
2.4.4. Spektroskopia ramanowska grafenu / 80
2.4.5. Spektroskopia ramanowska nanorurek / 83
2.4.6. Anomalia Kohna / 95
2.4.7. Węgle niskowymiarowe z nieporządkiem / 97

Rozdział 3. Eksperymenty i zastosowania / 103
3.1. Woltamperometria cykliczna / 103
3.1.1. Maty sznurów nanorurek jednościennych / 106
3.1.2. Dywany nanorurek wielościennych / 109
3.1.3. Grafen epitaksjalny / 115
3.2. Spektroskopia impedancji elektrochemicznej / 118
3.2.1. Maty sznurów nanorurek jednościennych / 123
3.2.2. Dywany nanorurek wielościennych / 128
3.2.3. Grafen epitaksjalny / 132
3.3. Struktura pasmowa a kinetyka reakcji elektrodowych / 135
3.3.1. Modelowe węgle niskowymiarowe / 136
3.3.2. Rzeczywiste węgle niskowymiarowe / 141
3.4. Czujniki elektrochemiczne / 142
3.4.1. Czujniki jonów metali ciężkich / 143
3.4.2. Biosensory nieenzymatyczne / 143
3.4.3. Biosensory enzymatyczne / 144
3.4.3.1. Detekcja z udziałem oksydaz / 144
3.4.3.2. Detekcja z udziałem dehydrogenaz / 145
3.4.4. Bezpośrednie przeniesienie ładunku / 146
3.4.4.1. Mioglobina / 146
3.4.4.2. Hemoglobina / 146
3.4.4.3. Cytochrom c / 147
3.4.4.4. Oksydaza glukozowa / 147
3.4.5. Biosensory DNA / 148
3.5. Kondensatory elektrochemiczne / 149
3.5.1. Kondensatory elektrycznej warstwy podwójnej / 149
3.5.2. Superkondensatory / 151
3.6. Ogniwa paliwowe / 152

Rozdział 4. Wnioski i perspektywy / 157

Podsumowanie / 161
Bibliografia / 163
Indeks / 193
Physics of the interface of low dimensional carbons and ionic solutions. Summary / 197

Paweł Szroeder