КАТОДНОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА НА ДИСИЛИЦИДЕ ЖЕЛЕЗА. II. КИСЛАЯ СРЕДА

  • Maria М. Kuzminykh Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Viktoria V. Panteleeva Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Anatoliy B. Shein Пермский государственный национальный исследовательский университет
Ключевые слова: дисилицид железа FeSi2, катодное выделение водорода, сернокислый электролит, модификация

Аннотация

Исследованы кинетика и механизм реакции выделения водорода на FeSi2-электроде в растворе 0,5 M H2SO4. Установлено, что реакция выделения водорода на дисилициде железа в сернокислом электролите протекает по маршруту разряд – электрохимическая десорбция, где десорбция – скорость-определяющая стадия, обе стадии необратимы, коэффициенты переноса стадий равны, одновременно протекает реакция абсорбции водорода в кинетическом режиме (во всем изученном интервале потенциалов), адсорбция атомарного водорода описывается уравнением изотермы Ленгмюра. Отмечается влияние тонкой оксидной пленки, близкой по составу к SiO2, на кинетику выделения водорода на FeSi2 при невысоких катодных поляризациях. Изучено влияние различных способов модификации поверхностного слоя FeSi2-электрода на кинетику и механизм катодного процесса. Обнаружено, что модификация поверхности дисилицида железа наводороживанием в 0,5 M H2SO4 при i = 30 мА/см2, анодным травлением в 0,5 M H2SO4 при E = 0,4 В (ст.в.э.), анодным травлением в 1,0 M NaOH при E = 0,1 В (ст.в.э.), химическим травлением в 5,0 M NaOH при 70 °С снижает перенапряжение выделения водорода; механизм катодного процесса в результате модификации не изменяется. На основе измерений дифференциальной емкости выявлено, что уменьшение перенапряжения выделения водорода на дисилициде железа обусловлено действием двух факторов: развитием поверхности и изменением состава поверхностного слоя электрода. Сделан вывод, что FeSi2 в сернокислом электролите представляет перспективный электродный материал, проявляющий активность в реакции электрохимического выделения водорода.

Литература

Kozin L.F., Volkov S.V. Modern energy and ecology: problems and prospects. Kiev: Naukova dumka. 2006. 775 p. (in Russian).

Eftekhari A. Electrocatalysts for hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. N 16. P. 11053-11077. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.125.

Manilevich F.D., Kutsyy A.V., Kozin L.F. Patterns of hydrogen evolution on cathodes modified with Mo-Co alloy. Fizikokhim. Pov-ti Zashchita Mat-lov. 2010. V. 46. N 5. P. 454-460 (in Russian).

Vigdorovich V.I., Tsygankova L.E., Kichigin V.I., Gladysheva I.E. Kinetics of the hydrogen evolution reac-tion in acidic media on pressed micrographite electrodes modified with carbon nanotubes. II. Impedance studies Fizikokhim. Pov-ti Zashchita Mat-lov. 2012. V. 48. N 4. P. 373-378 (in Russian).

Meyer S., Nikiforov A.V., Petrushina I.M., Kohler K., Christensen E., Jensen J.O., Bjerrum N.J. Transition metal carbides (WC, Mo2C, TaC, NbC) as potential elec-trocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) at medium temperatures. Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. N 7. P. 2905-2911. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.076.

Schalenbach M. Nickel-molybdenum alloy catalysts for the hydrogen evolution reaction: Activity and stability re-vised. Electrochim. Acta. 2018. V. 259. P. 1154-1161. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.11.069.

Kichigin V.I., Shein A.B. An electrochemical study of the hydrogen evolution reaction at YNi2Ge2 and LaNi2Ge2 electrodes in alkaline solutions. J. Electroanalyt. Chem. 2018. V. 830-831. P. 72-79. DOI: 10.1016/j.jelechem.2018.10.029.

Shein A.B. Electrochemistry of silicides and germanides of transition metals. Perm': Perm. Gos. Un-t. 2009. 269 p. (in Russian).

Kichigin V.I., Shein A.B. Kinetics and mechanism of hydrogen evolution reaction on cobalt silicides in alkaline solutions. Electrochim. Acta. 2015. V. 164. P. 260-266. DOI: 10.1016/j.electacta.2015.02.198.

Shamsutdinov A.Sh., Shein A.B. Cathodic hydrogen evo-lution at cobalt monosilicide in sulfuric acid solutions. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 11. P. 63-69 (in Russian).

Shein A.B., Kichigin V.I., Panteleeva V.V. Investigation of the electrocatalytic activity of a number of metal-like and intermetallic compounds in the hydrogen evolution reaction and the development of ways to improve it. Vestn. Perm. Nauch. Tsentra UrO RAN. 2017. N 2. P. 96-100 (in Russian).

Kuz'minykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Cathod-ic hydrogen evolution on iron disilicide. I. Alkaline solu-tion. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 1. P. 38-45 (in Russian).

Shamsul Huq A.K.M., Rosenberg A.J.J. Electrochemi-cal behavior of nickel compounds: I. The hydrogen evo-lution reaction on NiSi, NiAs, NiSb, NiS, NiTe2, and their constituent elements. Electrochem. Soc. 1964. V. 111. N 3. P. 270-278. DOI: 10.1007/BF02849200.

Gel'd P.V., Sidorenko F.A. Silicides of transition metals of the fourth period. M.: Metallurgiya. 1981. 632 p. (in Russian).

Borisenko V.E. Semiconducting Silicides. Berlin: Spring-er. 2000. 348 p.

Kichigin V.I., Shein A.B., Shamsutdinov A.Sh. Kinetics of cathodic hydrogen evolution on iron monosilicide in acidic and alkaline solutions. Kondensir. Sredy Mezhfaz. Granitsy. 2016. V. 18. N 3. P. 326-337 (in Russian).

Kichigin V.I., Shein A.B., Shamsutdinov A.Sh. Kinetics of the hydrogen evolution reaction on nickel monosilicide in acidic and alkaline solutions. Kondensir. Sredy Mezh-faz. Granitsy. 2017. V. 19. N 2. P. 222-231 (in Russian).

Orazem M.E., Tribollet B. Electrochemical Impedance Spectroscopy. New York: J. Wiley and Sons, Hoboken. 2008. 533 p.

Kichigin V.I., Shein A.B. Diagnostic criteria for hydrogen evolution mechanisms in electrochemical impedance spectroscopy. Electrochim. Acta. 2014. V. 138. P. 325-333. DOI: 10.1016/j.electacta.2014.06.114.

Kichigin V.I., Shein A.B. Influence of hydrogen absorp-tion on the potential dependence of the Faradaic imped-ance parameters of hydrogen evolution reaction. Electro-chim. Acta. 2016. V. 201. P. 233-239. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.03.194.

Опубликован
2019-02-07
Как цитировать
KuzminykhM. М., Panteleeva, V. V., & Shein, A. B. (2019). КАТОДНОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА НА ДИСИЛИЦИДЕ ЖЕЛЕЗА. II. КИСЛАЯ СРЕДА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(2), 59-64. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196202.5750
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы