ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ С ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ДИСПЕРГИРОВАННЫМ ГРАФЕНОМ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЕВОЙ МАТРИЦЫ
Аннотация
В данной работе исследовано влияние добавки коллоидных растворов электрохимически диспергированного графена (ЭДГ) в электролит Уоттса на процесс получения композиционных покрытий на основе никелевой матрицы. Установлено, что введение добавки наночастиц оказывает заметное влияние на значение катодного перенапряжения при восстановлении Ni2+. Наиболее сильное торможение катодного процесса происходит при введении 0,2 г/л исследуемой добавки, дальнейшее увеличение концентрации наночастиц в рабочей ванне снижает эффект. Торможение катодного восстановления Ni2+ связывается с адсорбцией наночастиц графена на активных гранях растущих кристаллитов никеля и блокировкой доступной поверхности для восстановления Ni2+. Благодаря увеличению катодной поляризации при осаждении композиционного покрытия, происходит уменьшение размеров кристаллитов осаждаемого никеля и изменение текстуры кристаллической структуры покрытия. Методом энергодисперсионной спектроскопии установлено включение углерода в композиционное покрытие, содержание углерода в покрытии растет с увеличением концентрации наночастиц в рабочем электролите. Включение отрицательно заряженных наночастиц электрохимически диспергированного графена в получаемый осадок становится возможным за счет адсорбции Ni2+ и перезарядки наночастиц графена. Установлено, что оптимальная концентрация электрохимически диспергированного графена в рабочем электролите составляет 0,1-0,2 г/л. При данном содержании наночастиц в рабочей ванне снижается пористость и шероховатость осадков. Тафелевские поляризационные кривые для образцов композиционных покрытий, полученные в 0,5М растворе NaCl, показали, что включение наночастиц графена в получаемый осадок приводит к смещению потенциала коррозии в отрицательную область. С увеличением содержания углерода в покрытии сдвиг потенциалов коррозии растет, увеличивается значение токов коррозии. Для образцов композиционных покрытий, получаемых при концентрации добавки ЭДГ равной 0,1 г/л, отмечается небольшое улучшение защитных свойств, что связано с уменьшением пористости покрытий.
Литература
Gao Y.W., Hao P. Mechanical properties of monolayer graphene under tensile and compressive loading. Phys. E: Low-dimen. Syst. Nanostruct. 2009. V. 41. N 8. P. 1561-1566. DOI: 10.1016/j.physe.2009.04.033.
Lee C., Wei X., Li Q., Carpick R., Kysar J.W., Hone J. Elastic and frictional properties of graphene. Phys. Status Solid. B. 2009. N 11-12. P. 2562-2567. DOI: 10.1002/pssb.200982329.
Lee C.G., Wei X.D., Kysar J.W., Hone J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science. 2008. V. 321. N 5887. P. 385-388. DOI: 10.1126/science.1157996.
Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 2004. V. 306. N 5696. P. 666-669. DOI: 10.1126/science.1102896.
Novoselov K.S., Jiang D., Schedin F., Booth T.J., Khotkevich V.V., Morozov S.V., Geim A.K. Twodimensional atomic crystals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005. V. 102. N 30. P. 10451-10453. DOI: 10.1073/pnas. 0502848102.
Meyer J.C., Geim A.K., Katsnelson M.I., Novoselov K.S., Booth T.J., Roth S. The structure of suspended gra-phene sheets. Nature. 2007. V. 446. N 7131. P. 60-63. DOI: 10.1038/nature05545.
Hass J., de Heer W.A., Conrad E.H. The growth and morphology of epitaxial multilayer graphene. J. Phys.: Condens. Matter. 2008. V. 20. P. 323202. DOI: 10.1088/0953-8984/20/32/323202.
Park S., An J., Jung I., Piner R.D., An S.J., Li X., Velamakanni A., Ruoff R.S. Colloidal Suspensions of Highly Reduced Graphene Oxide in a Wide Variety of Organic Solvents. Nano Lett. 2009. V. 9. N 4. P. 1593-1597. DOI: 10.1021/nl803798y.
Liang Y., Wu D., Feng X., MuÈllen K. Dispersion of Graphene Sheets in Organic Solvent Supported by Ionic Interactions. Adv. Mater. 2009. V. 21. N 17. P. 1679-1683. DOI: 10.1002/adma.200803160.
Zhanakhova A.N., Negutorov N.V., Pykhova N.V., Dyskina B.S. Features of ultrasonic splitting of thermally ex-panded graphite. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2020. V. 63. N 2. P. 45-51 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206302.6073.
Liu J. Improved synthesis of graphene flakes from the multiple electrochemical exfoliation of graphite rod. Nano Energy. 2013. V. 2. N 3. P. 377-386. DOI: 10.1016/nn201211003.
Stoller D.M. Best practice methods for determining an electrode material’s performance for ultracapacitors. Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. N 9. P. 1294 - 1301. DOI: 10.1039/C0EE00074D.
Parvez K. Electrochemically exfoliated graphene as solution-processable, highly conductive electrodes for organic electronics. ACS Nano. 2013. V. 7. N 4. P. 3598-3606. DOI: 10.1021/nn400576v.
Bratkov I.V., Yudina T.F., Melnikov A.G., Bratkov A.V. Investigation of the process of electrochemical graphite delamination. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. V. 61. N 11. P. 96-102 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.5884.
Xixun Shen, Junwei Sheng, Qinghui Zhang, Qunjie Xu, Danhong Cheng. The corrosion behavior of zn/graphene oxide composite coatings fabricated by direct current electrodeposition. J. Mater. Eng. Perform. 2018. V. 27. N 2. P. 3750-3761. DOI: 10.1007/s11665-018-3461-0.
Shuliang Wang, Wanting Li, Haisen Qin, Li Liu, Yuyao Chen, Dinghan Xiang. Electrodeposition of Ni-Fe-Co- graphene composite coatings and their electrocatalytic activity for hydrogen evolution reaction. Int. J. Electrochem. Sci. 2019. V. 14. N 1. P. 957-969. DOI: 10.20964/2019.01.73.
Cieślak G., Trzaska M. Preparation and properties of nanocrystalline Ni/graphene composite coatings deposited by electrochemical method. Polish J. Chem. Technol. 2018. V. 20. N 1. P. 29-34. DOI: 10.2478/pjct-2018-0005.
Abdul Jabbar, Ghulam Yasin, Waheed Qamar Khan, M. Yousaf Anwar, Rashid Mustafa Korai, Muhammad Naeem Nizam, Ghulam Muhyodin Electrochemical deposition of nickel graphene composite coatings: effect of deposition temperature on its surface morphology and corrosion resistance. RSC Adv. 2017. V. 7. N 49 P. 31100-31109. DOI: 10.1039/c6ra28755g.
Li Xiang, Qianqian Shen, Yu Zhang, Wei Bai, Chaoyin Nie. One-step electrodeposited Ni-graphene composite coating with excellent tribological properties. Surf. Coat. Technol. 2019. V. 373. P. 38-46. DOI: 10.1016/j.surfcoat. 2019.05.074.
Gajewska-Midziałek A. Composite coatings with nickel matrix and graphene as dispersed phase. Polish J. Chem. Technol. 2018. V. 20. N 1. P. 54-59. DOI: 10.2478/pjct-2018-0008.
Szeptycka B., Gajewska-Midzialek A., Babul T. Electro-deposition and corrosion resistance of ni-graphene composite coatings. J. Mater. Eng. Perform. 2016. V. 25. N 8. P. 3134-3138. DOI: 10.1007/s11665-016-2009-4.
Berlia R., Punith Kumar M.K., Chandan Srivastava. Electrochemical behavior of sn-graphene composite coat-ing. RSC Adv. 2015. V. 5. N 87. P. 71413-71418. DOI: 10.1039/C5RA11207A.
Ershova T.V., Yudina T.F., Smirnov N.N., Beilina N.Yu., Bratkov I.V., Mayanov E.P. Influence of graphene oxide nanoparticles on the morphology of CEC with a zinc matrix. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 5. P. 8-10 (in Russian).
