Кинетика катодного выделения водорода на дисилициде хрома в щелочном и кислом электролитах

Цель работы: установление кинетики и механизма реакции выделения водорода на дисилициде хрома (CrSi2) в щелочном и сернокислом электролитах, определение электрохимической активности CrSi2 в реакции выделения водорода, установление влияния структуры материала на кинетические закономерности р.в.в.
Задачи работы:
1) Исследовать катодное поведение моно- и поликристаллического дисилицида хрома в растворах гидроксида натрия и серной кислоты различной концентрации методами поляризационных и импедансных измерений.
2) Установить кинетику и механизм р.в.в. на CrSi2. Определить влияние структуры материала на кинетические закономерности р.в.в.
2

Катодное выделение водорода на CrSi2 в щелочном растворе
3
Зависимость дифференциальной емкости от потенциала при частоте 10 кГц
Катодные поляризационные кривые CrSi2

Спектры импеданса CrSi2 в 1,0 М NaOH
точки – экспериментальные данные, линия – расчет по схеме
Эквивалентные электрические схемы
Rs – сопротивление раствора,
R1 – сопротивление переноса заряда,
R2-C2/ R2-L1 – цепочки описывают адсорбцию атомарного водорода,
CPE1 – элемент постоянной фазы, описывающий процесс заряжения двойного электрического слоя на неоднородной поверхности твердого электрода
4
χ2= (0,3 – 1,2)·10-4
χ2= (0,9 – 3,4)·10-4

Величины наклонов dlgX/dE в растворах NaOH
5
Зависимости lgR1 (R1, Ом⋅см2),
lgR2 (R2, Ом⋅см2), lgC2 (C2, мкФ/см2),
lgL1 (L1, мГн⋅см2) для м-CrSi2-электрода в
1,0 M NaOH от потенциала

6
Зависимость дифференциальной емкости от потенциала при частоте 10 кГц
Катодные поляризационные кривые CrSi2
Катодное выделение водорода на CrSi2 в сернокислом растворе

Спектры импеданса CrSi2 в 0,5 М H2SO4
точки – экспериментальные данные, линия – расчет по схеме
Rs – сопротивление раствора,
R1 – сопротивление переноса заряда,
R2-C2– цепочки описывают адсорбцию атомарного водорода,
Rabs – сопротивление перехода водорода из адсорбированного состояния (Hads) в абсорбированное
Zd – импеданс диффузии водорода в твердой фазе
CPE1 – элемент постоянной фазы, описывающий процесс заряжения двойного электрического слоя на неоднородной поверхности твердого электрода
7
Эквивалентные электрические схемы
χ2= (0,5 – 2,0)·10-4
χ2= (0,4 – 1,9)·10-4

Величины наклонов dlgX/dE в растворах H2SO4
8
Зависимости lgR1 (R1, Ом⋅см2),
lgR2 (R2, Ом⋅см2), lgC2 (C2, мкФ/см2)
в 0,5 M H2SO4 от потенциала

Список публикаций
1. Полковников И.С., Дылдин Н.А., Пантелеева В.В., Шеин А.Б. Коррозионно-электрохимическое поведение дисилицида хрома в сернокислом электролите // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тез. докл. XXVI Рос. молодеж. науч. конф., Екатеринбург, 27-29 апр. 2016 г. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-­та, 2016. С.389-390.
2. Дылдин Н.А., Пантелеева В.В., Шеин А.Б. Кинетика катодного выделения водорода на дисилициде хрома в сернокислом электролите // Современные аспекты химии: материалы V молодежной школы-конференции ПГНИУ, Пермь, 2018, с. 230-231.
3. Дылдин Н.А., Пантелеева В.В., Шеин А.Б. Катодное выделение водорода на дисилициде хрома в щелочном и кислом электролитах // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тез. докл. XXVIII Рос. молодеж. науч. конф., Екатеринбург, 25-27 апр. 2018 г. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-­та, 2018. С. 298.

1. Установлено, что в области невысоких катодных поляризаций реакция выделения водорода на CrSi2-электроде в щелочном электролите протекает по маршруту разряд-электрохимическая десорбция с замедленной стадией десорбцией; в области высоких катодных поляризаций – по маршруту разряд-электрохимическая десорбция с замедленной стадией разряда; обе стадии необратимы, коэффициенты переноса стадий равны, одновременно протекает реакция абсорбции водорода в кинетическом режиме (во всем исследованном диапазоне потенциалов); для адсорбированного атомарного водорода выполняется изотерма адсорбции Ленгмюра.
2. Найдено, что реакция выделения водорода на CrSi2-электроде в сернокислом электролите протекает по маршруту разряд – электрохимическая десорбция с замедленной стадией десорбцией, обе стадии необратимы, коэффициенты переноса равны, одновременно с реакцией выделения водорода протекает реакция абсорбции водорода для м-CrSi2 со смешанным диффузионно-кинетическим контролем, для п-CrSi2 – с кинетическим контролем; для Надс выполняется изотерма адсорбции Ленгмюра. Отмечается влияние тонкой оксидной пленки на кинетику выделения водорода на CrSi2 при невысоких катодных поляризациях.
3. Обнаружено, что механизм реакции выделения водорода на моно- и поликристаллическом CrSi2-электродах одинаков; изменение кинетических параметров р.в.в. на п-CrSi2 по сравнению с м-CrSi2 обусловлено структурой материала – на поликристаллическом электроде процесс абсорбции протекает более интенсивно.
4. Сделан вывод, что CrSi2 в щелочном и сернокислом электролитах представляет перспективный электродный материал, проявляющий активность в реакции электролитического выделения водорода.
Выводы