Лазерная фотолюминесцентная спектроскопия приповерхностной микроструктуры полимерной мембраны "Нафион" в дейтерированной воде

Описаны эксперименты по облучению в ближнем ультрафиолетовом диапазоне поверхности набухшей в воде полимерной мембраны "Нафион" в геометрии скользящего падения излучения. Облучение ультрафиолетовыми источниками вызывало фотолюминесценцию с поверхности мембраны "Нафион" в определенном спектральном диапазоне. Возникновение люминесценции связано с присутствием сульфогрупп, закрепленных на концах перфторвиниловых эфирных групп, образующих политетрафторэтиленовую основу мембраны "Нафион". Показано, что сигнал фотолюминесценции является важным параметром для описания набухания полимера в воде

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № 15-02-07586, № 16-52-540001 и № 1702-02-00214)

Литература

[1] Иванчев С.С., Мякин С.B. Полимерные мембраны для тoпливных элементов: получение, структура, модифицирование, свойства. Успехи химии, 2010, т. 79, № 2, с. 117–134.

[2] Kreuer K.D. On the development of proton conducting polymer membranes for hydrogen and methanol fuel cells. J. Membrane Sc., 2001, vol. 185, iss. 1, pp. 29–39. DOI: 10.1016/S0376-7388(00)00632-3

[3] Gierke T.D., Munn G.E., Wilson F.C. The morphology in Nafion perfluorinated membrane products, as determined by wide- and small-angle X-ray studies. J. Polym. Sci. Polym. Phys. Ed., 1981, vol. 19, iss. 11, pp. 1687–1704. DOI: 10.1002/pol.1981.180191103

[4] Gebel G. Structural evolution of water swollen perfluorosulfonated ionomers from dry membrane to solution. Polymer, 2000, vol. 41, iss. 5, pp. 5829–5838. DOI: 10.1016/S0032-3861(99)00770-3

[5] Bass M., Berman A., Singh A., et al. Surface-induced orientation of micelles in films of Nafion. Macromolecules, 2011, vol. 44, no. 8, pp. 2893–2899. DOI: 10.1021/ma102361f

[6] Chai B., Pollack G.H. Solute-free interfacial zones in polar liquids. J. Phys. Chem. B, 2010, vol. 114, no. 16, pp. 5371--5375. DOI: 10.1021/jp100200y

[7] Pollack G.H. The fourth phase of water. Ebner and Sons Publ., 2013.

[8] Yip J., Duhamel J., Qiu X.P., et al. Fluorescence studies of a series of monodisperse telechelic a, w-dipyrenyl poly(N-isopropylacrylamide)s in ethanol. Can. J. Chem., 2011, vol. 89, no. 2, pp. 163–172. DOI: 10.1139/V10-117

[9] Yip J., Duhamel J., Qiu X.P., et al. Long-range polymer chain dynamics of pyrenela-belled poly(N-isopropylacrylamide)s studied by fluorescence. Macromolecules, 2011, vol. 44, no. 13, pp. 5363–5372. DOI: 10.1021/ma2007865

[10] Holappa S., Kantonen L., Anderson T., et al. Overcharging of polyelectrolyte complexes by the guest polyelectrolye studied by fluorescence spectroscopy. Langmuir, 2005, vol. 21, no. 24, pp. 11431–11438. DOI: 10.1021/la051866r

[11] Gudkov S.V., Astashev M.E., Bruskov V.I., et al. Self-oscillating water chemiluminescence modes and reactive oxygen species generation induced by laser irradiation; effect of the exclusion zone created by Nafion. Entropy, 2014, vol. 16, no. 11, pp. 6166–6185. DOI: 10.3390/e16116166

[12] Бункин Н.Ф., Горелик В.С., Козлов В.A. и др. Исследование фазовых состояний воды вблизи поверхности полимерной мембраны. Эксперименты по фазовой микроскопии и люминесцентной спектроскопии. ЖЭТФ, 2014, т. 146, № 2, с. 1051–1061.

[13] Pope J.C., Sue H., Bremner T., et al. High-temperature steam-treatment of PBI, PEEK, and PEKK polymers with H2O and D2O: a solid-state NMR study. Polymer, 2014, vol. 55, iss. 18, pp. 4577–4585. DOI: 10.1016/j.polymer.2014.07.027

[14] Виноградова Л.В., Торок В., Лебедев В.Т. Амфифильный звездообразный полимер с фуллерен(С60)-центром ветвления и его мицеллообразующие свойства в растворах в дейтероводе. Журн. прикл. химии, 2012, т. 85, № 10, с. 1662−1667.

[15] Starovoytova L., Spevacek J. Effect of time on the hydration and temperature-induced phase separation in aqueous polymer solutions. 1H NMR study. Polymer, 2006, vol. 47, iss. 21, pp. 7329–7334. DOI: 10.1016/j.polymer.2006.08.002

[16] Velychkivska N., Bogomolova A., Filippov S.K., et al. Thermodynamic and kinetic analysis of phase separation of temperature-sensitive poly(vinyl methyl ether) in the presence of hydrophobic tert-butyl alcohol. Colloid Polym. Sci., 2017, vol. 295, iss. 8, pp. 1419–1428. DOI: 10.1007/s00396-017-4100-2

[17] Морозов А.Н., Кочиков И.В., Новгородская А.В. и др. Статистическая оценка вероятности правильного обнаружения веществ в ИК фурье-спектрометрии. Компьютерная оптика, 2015, т. 39. № 4, с. 614–621. DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-614-621

[18] Luinge H.J. Automated interpretation of vibrational spectra. Vib. Spectrosc., 1990, vol. 1, iss. 1, pp. 3--18. DOI: 10.1016/0924-2031(90)80002-L