ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. РАСЧЕТ АДСОРБЦИИ КИСЛОРОДА
Аннотация
Новые углеродные материалы, такие как окисленный (ОГ) и терморасширенный (ТРГ) графит, модифицированные солями металлов переходной группы, нашли свое применение в химических источниках тока (ХИТ) в виде катализаторов. Оптимально сочетание свойств пористой структуры и химического состава поверхности позволяют создать энергонасыщенные адсорбционные системы. Особое внимание уделяется системе аккумулирования кислорода, широко используемого в разных областях жизнедеятельности человека. Методом циклической вольтамперометрии в щелочном растворе проведено исследование электрокаталитической активности и электрохимических свойств различных углеродных материалов, модифицированных солями кобальта и железа. Режимы поляризации рабочего электрода устанавливали с использованием потенциостата и персонального компьютера с интерфейсным блоком. Регистрацию вольт-амперных кривых производили на персональном компьютере с предварительной обработкой сигнала на интерфейсном устройстве. Абсолютная погрешность в определении значений редокс-потенциалов не превышает 0,03 мВ. Фиксация потенциалов максимумов для наблюдаемых процессов осуществлялась с точностью ±0,01 В с использованием компьютера. С целью выяснения механизма протекания процесса электровосстановления молекулярного кислорода (2-х или 4-х электронный), с использованием уравнения Рэндлса – Шевчика выполнен расчет количества электронов. Для оценки электрокаталитического эффекта может быть использована не только плотность тока максимума, но и потенциал полуволны восстановления молекулярного кислорода. На катодной части кривой при введении кислорода в электролит наблюдается значительное увеличение тока в областях потенциалов от -0,2 до -0,6 В и от -0,7 до -0,9 В, что обусловлено протеканием процесса электровосстановления молекулярного кислорода. На основе электрохимических свойств определенны количественные характеристики адсорбции молекулярного кислорода, такие как предельная величина адсорбции и ленгмюровский коэффициент адсорбции, характеризующий энергию взаимодействия адсорбата с адсорбентом. Полученные данные могут быть использованы для дальнейших исследований катодов с воздушной (кислородной) деполяризацией.
Для цитирования:
Филимонов Д.А., Юдина Т.Ф., Базанов М.И., Братков И.В., Леонтьев Н.А. Электрохимические свойства различных углеродных материалов. Расчет адсорбции кислорода. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 2. С. 20-25.
Литература
Dyadin Yu.A. Graphite and its inclusion compounds. Soros Educational Journal. 2000. V. 6. N 10. P. 43-49 (in Russian).
Popova O.V., Popova S.S., Ol'shanskaya L.N. Prospects for using artificial graphite produced from lignin in electrodes of chemical power cells. J. Appl. Chem. 2008. V. 81. N 5. P. 786-791. DOI: 10.1134/s107042720805011x.
Bobrinskaya E.V., Vvedenskiy A.V., Krashchenko T.G. The adsorption of oxygen and electrocatalysis on gold in alkaline environment: state of the problem. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye gratitsy. 2014. V. 16. N 4. Р. 381-405 (in Russian).
Gubkinа M.L., Vartapetyan R.Sh., Voloshchuk A.M., Cartel N.T. The adsorption of oxygen on carbon oxygen sensors ac-cording to gas chromatography. Struktura i dynamika molekularnykh sistem. 2003. V. 10. N 3. Р. 10-16 (in Russian).
Yudina T.F., Bratkov I.V., Ershova T.V., Smirnov N.N., Beiylina N.Yu., Mayanov E.P. Conditions optimization of natural graphite oxidation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 5. P. 11-13 (in Russian).
Filimonov D.A., Yudina T.F., Bratkov I.V., Bazanov M.I., Ershova T.V. Cyclic voltammetry method for study of oxidized graphite in alkaline solution. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2015. V. 58. N 1. P. 109-112 (in Russian).
Filimonov D.A., Bazanov M.I., Yudina T.F., Ershova T.V., Shchennikov D.V. Electrochemical investigations of thermal expanded graphite in alkaline medium. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 4.
P. 10-13 (in Russian).
Filimonov D.A., Yudina T.F., Bratkov I.V., Ershova T.V. Method of cyclic voltammetry for electrochemical studies of graphite materials in alkaline medium. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 2.
P. 60-63 (in Russian).
Filimonov D.A., Yudina T.F., Bratkov I.V., Leontiev N.A., Ershova T.V. Thermally expanded graphite and oxidized graph-ite modified with transition metal salts: electrochemical properties. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 3. P. 55-59 (in Russian).
Antropov L.I. Theoretical electrochemistry. M.: Vysh. Shkola. 1984. 519 p. (in Russian).
Kravtsov V.I., Krasikov B.S., Tsventarny E.G. Guide to practical work on the electrochemistry. L.: Leningrad State Universi-ty. 1979. 216 p. (in Russian).
Maiyranovskiy V.G. Electrochemistry of porphyrins. In: Porphyrins: Spectroscopy, Electrochemistry, Applications. M.: Nauka. 1987. P. 127-181 (in Russian).
Galus Z. Theoretical fundamentals of electrochemical analysis. M.: Mir. 1974. 552 p. (in Russian).
Tarasevich M.R. Electrochemistry of carbon materialov. M.: Nauka. 1984. 253 p. (in Russian).
Bazanov M.I., Berezina N.M., Karimov D.R., Berezin D.B. Electrochemical and Electrocatalytic Properties of meso-Triphenylcorrole and its Complexes with Mn(III), Co(III), Cu(III) and Zn(II). Elektrokhimiya. 2012. V. 48. N 9. P. 905–910 (in Russian).
