КАТОДНОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА НА ДИСИЛИЦИДЕ ЖЕЛЕЗА. II. КИСЛАЯ СРЕДА
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.
Eftekhari A. Electrocatalysts for hydrogen evolution reaction // International Journal of 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 // Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. 2010. V. 46. N 5. P. 454-460. (in Russian).
Vigdorovich V.I., Tsygankova L.E., Kichigin V.I., Gladysheva I.E. Кинетика реакции выделения водорода в кислых средах на прессованных микрографитовых электродах, модифицированных углеродными нанотрубками. II. Импедансные исследования // Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. 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 electrocatalysts 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., et al. Nickel-molybdenum alloy catalysts for the hydrogen evolution reaction: Activity and stability revised // Electrochimica Acta. 2018. V. 259. P. 1154-1161. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.11.069.
Kichigin V.I., Shein A.B. Kinetics and mechanism of hydrogen evolution reaction on cobalt silicides in alkaline solutions // Electrochimica Acta. 2015. V. 164. P. 260-266. DOI: 10.1016/j.electacta.2015.02.198.
Shein A.B. Electrochemistry of silicides and germanides of transition metals. Perm', Perm. gos. un-t. 2009, 269 p.
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 // Vestnik Permskogo nauchnogo tsentra UrO RAN. 2017. N 2. P. 96-100.
Kuz'minykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Катодное поведение дисилицида железа. I. Щелочная среда // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. Т.61. N N. P. N-N.
Shamsul Huq A. K.M., Rosenberg A. J. J. Electrochemical Behavior of Nickel Compounds: I. The Hydrogen Evolution 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.
Kichigin V.I., Shein A.B. Diagnostic criteria for hydrogen evolution mechanisms in electrochemical impedance spectroscopy // Electrochimica Acta. 2014. V. 138. P. 325-333. DOI: 10.1016/j.electacta.2014.06.114.
Kichigin V.I., Shein A.B. Influence of hydrogen absorption on the potential dependence of the Faradaic impedance parameters of hydrogen evolution reaction // Electrochimica Acta. 2016. V. 201. P. 233-239. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.03.194.
