ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ДИСИЛИЦИДА ТИТАНА В РЕАКЦИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА В ЩЕЛОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ
Аннотация
Методами поляризационных и импедансных измерений исследованы кинетика и механизм реакции выделения водорода на TiSi2-электроде в растворе 1,0 M NaOH. Изучено влияние различных способов обработки поверхностного слоя силицида на его электрохимическую активность в реакции выделения водорода. Установлено, что катодные кривые силицида без обработки и с обработкой поверхности имеют тафелевский участок с наклоном 0,106-0,109 В и характеризуются величиной перенапряжения 0,70-0,74 В при i = 1 А/см2. Найдено, что реакция выделения водорода на TiSi2 без обработки поверхности при потенциалах тафелевской области протекает по маршруту разряд-электрохимическая десорбция, обе стадии необратимы, коэффициенты переноса стадий не равны; одновременно с реакцией выделения водорода протекает реакция абсорбции водорода материалом электрода с кинетическим контролем (во всем исследованном диапазоне потенциалов); для адсорбированного атомарного водорода выполняется изотерма адсорбции Ленгмюра. Обнаружено, что модификация поверхности TiSi2-электрода анодным травлением при E = -0,60 В (ст.в.э.) в 1,0 M NaOH; наводороживанием при i = 10 мА/см2 в 1,0 M NaOH и химическим травлением в 5,0 M NaOH при 60 °С, в 0,5 M H2SO4 + 0,05 M NaF, в 5,0 M NaOH + 3% H2O2 при 60 °С снижает перенапряжение выделения водорода. Уменьшение перенапряжения выделения водорода обусловлено действием двух факторов: развитием и изменением состава поверхностного слоя электрода. Сделан вывод, что TiSi2 в щелочном электролите представляет перспективный электродный материал, проявляющий активность в реакции электрохимического выделения водорода.
Литература
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: 10.1149/1.2426107.
Vijh A.K., Belanger G., Jacques R. Electrolysis of water on silicides of some transition metals in alkaline solutions. Int. J. Hydrogen Energy. 1992. V. 15. N 7. P. 479-483. DOI: 10.1016/0360-3199(92)90146-N.
Wirth S., Harnisch F., Weinmann M., Schröder U. Comparative study of IVB-VIB transition metal compound electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction. Appl. Catal. B: Environ. 2012. V. 126. P. 225-230. DOI: 10.1016/j.apcatb.2012.07.023.
Shein A.B., Kichigin V.I., Konyk M., Romaka L., Stadnyk Yu. Study of the kinetics and mechanism of the hydrogen evolution reaction on CeMe2Ge2 electrodes (Me = Fe, Co, Ni). Chem. Met. Alloys. 2013. V. 6. N 3-4. P. 113-120. DOI: 10.30970/cma6.0245.
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 medi-um temperatures. Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. N 7. P. 2905-2911. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.076.
Kichigin V.I., Shein A.B. Kinetics and mechanism of hydrogen evolution reaction on cobalt silicides in alkaline solutions. Electrochim. Acta. 2015. V. 164. P. 260-266. DOI: 10.1016/j.electacta.2015.02.198.
Shein A.B., Kichigin V.I., Panteleeva V.V. Investigation of the electrocatalytic activity of a number of metallike and intermetallic compounds in the hydrogen evolution reaction and the development of ways to improve it. Vestn. Perm. Nauch. Tsentra UrO RAN. 2017. N 2. P. 96-100 (in Russian).
Eftekhari A. Electrocatalysts for hydrogen evolution reaction. Internat. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. N 16. P. 11053-11077. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.125.
Kichigin V.I., Shein A.B. An electrochemical study of the hydrogen evolution reaction at YNi2Ge2 and LaNi2Ge2 electrodes in alkaline solutions. J. Electroanalyt. Chem. 2018. V. 830-831. P. 72-79. DOI: 10.1016/j.jelechem.2018.10.029.
Karfa P., Majhi K.C., Madhuri R. Group IV transition metal based phospho-chalcogenides@MoTe2 for electro-chemical hydrogen evolution reaction over wide range of pH. Internat. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. N 45. P. 24628-24641. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.07.192.
Panteleeva V.V., Votinov I.S., Polkovnikov I.S., Shein A.B. Kinetics of cathodic hydrogen evolution manganese monosilicide in sulfuric acid electrolyte. Kondensir. Sredy Mezhfaz. Granitsy. 2019. V. 21. N 3. P. 432-440 (in Rus-sian). DOI: 10.17308/kcmf.2019.21/1153.
Kuzminykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Cathodic hydrogen evolution on iron disilicide. I. Alkaline solution. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 1. P. 38-45 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196201.5745.
Kuzminykh M.M., Panteleeva V.V., Shein A.B. Cathodic hydrogen evolution on iron disilicide. II. Acidic solution. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 2. P. 59-64 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196202.5750.
Theerthagiri J., Lee S.J., Murthy A.P., Madhavan J., Choi M.Y. Fundamental aspects and recent advances in transition metal nitrides as electrocatalysts for hydrogen evolu-tion reaction: A review. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2020. V. 24. N 1. P. 100805-100827. DOI: 10.1016/j.cossms.2020.100805.
Panteleeva V.V., Shein A.B., Kichigin V.I. Impedance of anodic processes on iron group metal silicides in acidic and alkaline media. Korroziya: Materialy, Zashchita. 2017. N 6. P. 1-10 (in Russian).
Polkovnikov I.S., Panteleeva V.V., Shein A.B. Anodic processes on Mn5Si3-electrode in alkaline electrolyte. Kondensir. Sredy Mezhfaz. Granitsy. 2019. V. 21. N 1. P. 126-134 (in Russian). DOI: 10.17308/kcmf.2019.21/723.
Fokin M.N., Ruskol Yu.S., Mosolov A.V. Titanium and its alloys in the chemical industry. L.: Khimiya. 1978. 200 p. (in Russian).
Sigalovskaya T.M., Kalyanova M.P., Kazarin V.I., Aleshina L.V., Tomashov N.D. Corrosion and electro-chemical behavior of titanium and its alloys in alkaline solutions of hydrogen peroxide. Zashchita Metallov. 1976. V. XII. N 4. P. 364-368 (in Russian).
Zhang X.G. Electrochemistry of silicon and its oxide. Kluwer Academic/Plenum Publishers. 2001. 510 p.
Orazem M.E., Tribollet B. Electrochemical Impedance Spectroscopy. Hoboken: John Wiley and Sons. 2008. 533 p.
Kichigin V.I., Shein A.B. Diagnostic criteria for hydrogen evolution mechanisms in electrochemical impedance spectroscopy. Electrochim. 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. Electrochim. Acta. 2016. V. 201. P. 233-239. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.03.194.
