ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕЗА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРА, СОДЕРЖАЩЕГО ПЛАТИНУ, ПАЛЛАДИЙ, НИКЕЛЬ ДЛЯ РЕАКЦИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
Аннотация
В данной работе были успешно синтезированы методом электроосаждения несколько видов электрокатализатора на основе платины, палладия, никеля со стеклоуглеродным электродом (GC), а затем полученные материалы были применены для процесса электролиза воды в щелочных средах. Морфология поверхности материалов была исследована методом сканирующей электронной микроскопии (SEM). Кроме того, для определения содержания каждого металла в биметаллических материалах был использовал метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопий (EDS). Результат показал, что количество благородных металлов умеренно уменьшилось, в то же время как каталитическая активность была немного выше, чем у чистых металлических электродов. Измерение вольтамперометрий с линейной разверткой потенциала (LSV) проводилось в растворе KOH 1M, чтобы найти перенапряжение реакции выделения водорода (HER). Кроме того, в данной работе для определения обратимой емкости материалов электродов использовали метод циклической вольтамперометрии (CV) в растворе, содержащем 0,01M K3[Fe(CN)6] – 0,01M K4[Fe(CN)6] - 0,1M KOH. Измерения вольтамперометрий с линейной разверткой потенциала подтвердили, что активность новых катализаторов выше, чем у чистых металлических материалов. Бинарный катализатор (Pt-Ni/GC) может заменить платину для реакции выделения водорода в щелочной среде. Примечательно, что замена атомов платины атомами палладия и никеля и сочетание их хороших свойств приводит к улучшению каталитической активности, и в то же время к снижению стоимости катализатора. Еще раз, на основе электрохимических параметров можно открывать новую перспективу для процесса производства водорода.
Литература
Dresselhaus I., Thomas M.S. Alternative energy technologies. Nature. 2001. V. 414. P. 332–337. DOI: 10.1038/35104599.
Nikolic V.M., Maslovara S.L., Tasic G.S., Brdaric T.P., Lausevic P.Z., Radak B.B., Marceta Kaninski M.P. Kinetics of hydrogen evolution reaction in alkaline electrolysis on a Ni cathode in the presence of Ni-Co-Mo based ionic activators. Appl. Catal. B Environ. 2015. V. 179, P. 88–94. DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.05.012.
International Energy Agency. Hydrogen Production and Storage. R&D Priorities and Gaps. Hydrog. Implement. Agreem. 2006. V. 13. P. 392.
Jaccaud M., Leroux F., Millet J.C. New chloralkali activated cath-odes. Mater. Chem. Phys. 1989. V. 22. P. 105–119. DOI: 10.1016/0254-0584(89)90033-3.
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.
Kuzminykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Cathodic hydrogen evolution on iron disilicide. II. Acidic solution. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 2. P. 59-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20196202.5750.
Shi Y., Zhang B. Recent advances in transition metal phosphide nanomaterials: synthesis and applications in hydrogen evolution reaction. Chem. Soc. Rev. 2016. V. 45. P. 1529–1541. DOI: 10.1039/C5CS00434A.
Kuzminykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Cathodic hydrogen evolution on iron disilicide. I. Alkaline solution. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 1. P. 38-45. DOI: 10.6060/ivkkt.20196201.5745.
He Z., Wei J., Chen Y., Santos E., Schmickler W. Hydrogen evolution at Pt(111)- activation energy, frequency factor and hydrogen repulsion. Electrochim. Acta. 2017. V. 255. P. 391-395. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.09.127.
Ojani R., Valiollahi R., Raoof J.B. Comparison between graphene supported Pt hollow nanospheres and graphene supported Pt solid nanoparticles for hydrogen evolution reaction. Energy. 2014. V. 74. P. 871-876. DOI: 10.1016/j.energy.2014.07.062.
Kelly T.G., Lee K.X., Chen J.G. Pt-modified molybdenum carbide for the hydrogen evolution reaction: From model surfaces to powder electrocatalysts. J. Power Sour. 2014. V. 271. P. 76-81. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.07.179.
Greeley J., Thomas F.J., Jacob B., Ib Chorkendorff, Jens K.N. Computational high-throughput screening of electrocatalytic materials for hydrogen evolution. Nature Mater. 2006. V. 5. P. 909–913. DOI: 10.1038/nmat1752.
Sukanta C., Chinnakonda S.G, Retna R.C. Polymer-based hybrid catalyst of low Pt content for electrochemical hydrogen evolution. Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. N 36. P. 22821-22829. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.07.152.
Wang M. Wang Z., Gong X. Guo Z. The intensification technologies to water electrolysis for hydrogen production - A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 2014. V. 29. P. 573–588. DOI: 10.1016/j.rser.2013.08.090.
Quaino P., Santos E. Hydrogen evolution reaction on palladium multilayers deposited on Au(111): A theoretical approach. Langmuir. 2015. V. 31. P. 858–867. DOI: 10.1021/la503881y.
Li Y., Zhang X., Hu A., Li M. Morphological variation of electrode-posited nanostructured Ni-Co alloy electrodes and their property for hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. P. 22012-22020. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.10.038.
Nikolic V.M., Maslovara S.L., Tasic. G.S., Brdaric T.P., Lausevic P.Z., Radak B.B., Kaninski M.P.M. Kinetics of hydrogen evolution reaction in alkaline electrolysis on a Ni cathode in the presence of Ni-Co-Mo based ionic activators. Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 179. P. 88–94. DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.05.012.
Hong S.H., Ahn S.H., Choi J., Kim J.Y., Kim H.Y., Kim H.J., Kim H., Kim S.K. High-activity electrodeposited NiW catalysts for hydrogen evolution in alkaline water electrolysis. Appl. Surf. Sci. 2015. V. 349. P. 629–635. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.05.040.
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 constitu ent elements. Electrochem. Soc. 1964. V. 111. N 3. P. 270-278. DOI: 10.1007/BF02849200.
Safizadeh F. Ghali E. Houlachi G. Electrocatalysis developments for hydrogen evolution reaction in alkaline solutions - A Review. Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. P. 256–274. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.10.109.
LeRoy R.L. Industrial water electrolysis: Present and future. Int. J. Hydrogen Energy. 1983. V. 8. P. 401–417. DOI: 10.1016/0260-3199(83)90162-3.
Krstajić N., Popović M., Grgur B., Vojnović M., Šepa D. On the kinetics of the hydrogen evolution reaction on nickel in alkaline solution - Part I. The mechanism. J. Electroanal. Chem. 2001. V. 512. P. 16–26. DOI: 10.1016/S0022-0728(01)00590-3.
