УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО С Pd/Ni ПОКРЫТИЕМ В РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРООКИСЛЕНИЯ СПИРТОВ
Аннотация
С использованием диоксида тиомочевины получено наноструктурированное пленочное палладий-никелевое покрытие на углеродном волокне. Его состав и структура исследованы с помощью рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной, атомно-силовой микроскопии и абсорбционной спектроскопии. Электрокаталитическая активность композита исследована по отношению к окислению метанола, этанола, пропанола в 1М KOH при 25 °C использованием циклической вольтамперометрии. Для получения покрытия волокно подвергали предварительной обработке, включающей стадии обезжиривания, выдержки в азотной кислоте, сенсибилизации в растворе дихлорида олова, активации в растворе дихлорида палладия. После обработки волокно без промывки от дихлорида палладия помещали в водный раствор металлизации, содержащий дихлорид никеля, диоксид тиомочевины и аммиак. Металлизация протекала в течение 45 мин при 75 °С. На основании данных литературы можно предположить, что катионы металлов восстанавливались интермедиатами разложения диоксида тиомочевины – сульфоксилат-анионами. В связи с присутствием в растворе аммиака возможно также восстановление катионов металлов в виде аммиачных комплексов. Установлено, что масса покрытия составляет 36% от общей массы композита, оно содержит 86,4% Ni в форме монооксида и 13,6% Pd в виде металла. Обнаружено, что относительное содержание никеля и палладия может изменяться в зависимости от времени сушки на стадии подготовки волокна. В состав покрытия также входило небольшое количество олова, образование которого связано с применением дихлорида олова на стадии сенсибилизации. Покрытие имело мезопористую структуру, а также дефекты в виде отдельных частиц, что является благоприятным для применения в катализе. Характеристикой электрокаталитической активности служили максимальные значения анодного тока, которые определяли с помощью трехэлектродной ячейки с углеродным волокном в качестве рабочего электрода, хлоридсеребряного с насыщенным раствором хлорида калия – в качестве электрода сравнения и вспомогательного гладкого платинового электрода. Вольтамперные зависимости получали при линейном изменении потенциала со скоростью 20 – 90 мВ/с в анодном направлении в интервале от -1В до +0,5В. Наблюдалась одна анодная волна, полуволновой потенциал которой изменялся в зависимости от природы спирта и скорости развертки потенциала от -0,15В до +0,22В. Для волокна без покрытия волна окисления не наблюдалась. Опытные данные указывают на необратимый характер электродного процесса с наибольшей активностью для метанола и наименьшей – для пропанола.
Для цитирования:
Шестаков Г.А., Поленов Ю.В., Егорова Е.В. Углеродное волокно с Pd/Ni покрытием в реакции электроокисления спиртов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 76-81
Литература
Zheng H.T., Li Y., Chen S., Shen P.K. Effect of support on the activity of Pd electrocatalyst for ethanol oxidation.
J. Power Sources. 2006. V. 163. P. 371-375.
Hu F.P., Wang Z., Li Y., Li C., Zhang X., Shen P.K. Improved performance of Pd electrocatalyst supported on ultrahigh sur-face area hollow carbon spheres for direct alcohol fuel cells. J. Power Sources. 2008. V. 177. N 1. P. 61-66.
Singh R.N., Anindita, Singh A., Mishra D. Composite films of Pd, nanocarbon and Ni for ethanol oxidation. 1st International Conference on Nanostructured Materials and Nanocomposites. Kottayam, India. 2009. P. 255-267.
Singh R. N., Singh A., Anindita. Electrocatalytic activity of binary and ternary composite films of Pd, MWCNT and Ni. Part II: Methanol electrooxidation in 1M KOH. Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. N 4. P. 2052-2057.
Singh R. N., Singh A., Anindita. Electrocatalytic activity of binary and ternary composite films of Pd, MWCNT, and Ni for ethanol electro-oxidation in alkaline solutions. Carbon. 2009. V. 47. N 1. P. 271-278.
Budanov V.V., Makarov S.V. Chemistry of sulfur-containing reductants (rongalit, dithionite, thiourea dioxide). M.: Khimiya. 1994. 140 p. (in Russian).
Polenov Yu.V., Makarova E.V., Egorova E.V. Formation of nickel-containing coatings on carbon fiber by means of thiourea dioxide as reducing agent. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 10. P. 75 - 78 (in Russian).
Makarova E.V., Polenov Yu.V., Egorova E.V. Kinetic model of process of nickel ions reduction by thiourea dioxide in water-ammonia solution. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2015. V. 58. N 1. P. 36 - 39 (in Russian).
Polenov Yu.V., Makarova E.V., Egorova E.V. Kinetic model of thiourea dioxide decomposition in aqueous ammonia. Kinet. Catal. 2014. V. 55. N 5. P. 566–570. DOI: 10.1134/S0023158414040120.
Awasthi R., Mirzaei A.A., Anindita, Singh R.N. Synthesis and characterization of nano structured Pd-Ni and Pd–Ni–C compo-sites towards electrooxidation of alcohols. Open Catal J. 2010. V. 3. P. 70 - 78. DOI: 10.2174/1876214X01003010070.
