ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ДИСПЕРСНЫХ ГРАФИТОВЫХ ЭЛЕКТРОДАХ В РАСТВОРАХ HNO3
Аннотация
Потенциодинамическим методом исследованы механизм и кинетика анодных процессов на дисперсном графитовом электроде. Варьирование потенциала реверса в анодной области на потенциодинамических кривых позволило оценить соотношение анодной и катодной емкостей и определить коэффициент обратимости электрохимических реакций. По степени обратимости электрохимических реакций выделены 3 области потенциалов I - Ест... 1,15В; II- 1,15...1,4В; III- > 1,4В, соответствующих последовательному протеканию процессов интеркалирования графита нитрат ионами, окисления поверхностных функциональных групп, образования окись подобных соединений графита. В области потенциалов I отмечается максимальная обратимость анодного процесса, обусловленная протеканием процесса интеркалирования-деинтеркалирования, с образованием соединений внедрения графита. Затем отмечено закономерное снижение коэффициента обратимости, связанное с протеканием реакций с участием поверхностных кислородсодержащих групп и реакциями с участием кислорода. Данный комплекс электрохимических процессов сопровождается образованием соединений внедрения графита нестехиометрического состава и, вероятно, окись подобных структур. Переход в III область потенциалов характеризуется скачкообразным снижением коэффициента обратимости и ростом анодных токов, которые с циклированием снижаются. В данных условиях, вероятно, протекают реакции окисления графитовой матрицы с образованием CO и CO2. Выявлено увеличение скорости необратимых реакций при снижении концентрации HNO3. В 45% HNO3 значительно ускоряются реакции переокисления СВГ и образования окисных соединений графита. В 30% HNO3 на дисперсном графитовом электроде регистрируются наиболее высокие анодные токи первого цикла из исследованных растворов, при этом обратимость анодных процессов ниже, чем в 60% HNO3. Показано, что в HNO3 с концентрацией менее 15% процесс интеркалирования графита протекает с незначительной скоростью и сопровождается поверхностными реакциями с участием кислорода.
Для цитирования:
Яковлев А.В., Яковлева Е.В., Рахметулина Л.А., Соловьева Н.Д., Лопухова М.И. Электрохимические процессы на дисперсных графитовых электродах в растворах HNO3. Изв. вузов. Химияихим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 7. С. 121-128
Литература
Yakovlev A.V., Finaenov A.I., Yakovleva E.V., Kuznetsova N.Yu., Abdullina D.F. Study of electrochemical intercalation of graphite in solutions of HNO3 with method of chronovoltamperometry. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 1. P. 34-39 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017601.5459.
Medvedeva M.V., Zabudkov S.L., Yakovlev A.V., Finaenov A.I. Electrochemical synthesis of thermo-expanded graphite compounds in used solutions of galvanic production. Perspekt. Mat. 2014. N 9. P. 59-65 (in Russian).
Yakovlev A.V., Yakovleva E.V., Zabudkov S.L., Finaenov A.I. Electrochemical processes on powder graphite electrodes in HNO3 solutions. Zhurn. Prikl. Khimii. 2010. V. 83. N 5. P. 769 – 774 (in Russian).
Ubbelode A.R., Lewis F.A. Graphite and its crystal connections. М.: Мir. 1965. 256 p. (in Russian).
Shapranov V.V., Yaroshenko A.P. Chemistry and physics of coal. Kiev: Naukova dumka. 1991. P. 56 - 74 (in Russian).
Avdeev V.V., Tverezovskaya O.A., Sorokina N.E., Nikolskaya I.V., Finaenov A.I. Electrochemical interaction of graphite with nitric acid. Neorg. Mat. 2000. V. 36. N 3. P. 276 – 281 (in Russian).
Sorokina N.E., Monyakina L.A., Maksimova N.V., Nikolskaya I.V., Avdeev V.V. Potentials of formation of nitrate of graph-ite at a spontaneous and electrochemical interkalirovaniye of graphite. Neorg. Mat. 2002. V. 38. N 5. P. 589 - 597 (in Russian).
Varentsova V.I., Varentsov V.K. Formation of surface oxides in electrode polarization of fibrous carbon materials in a sulfuric acid solution and their influence on ion-exchange and electrochemical properties of these materials. Rus. Jour. Appl.Chem. 2005. V. 78. N 3. P. 430-434.
Yaroshenko A.P., Savoskin M.V., Shologon V.I., Mysyk R.D., Magazinskiy A.I. Synthesis and properties of residual graph-ite nitrate obtained by treatment of graphite nitrate with water. Zhurn. Prikl. Khimii. 2006. V. 79. N 1. P. 164-166 (in Russian).
Jiang J., Beck F., Krohn H. Electrochemical reversibility of graphite oxide. J. Indian Chem. Soc. 1989. V. 66. N 4. P. 603 - 609.
Fuzzellier H., Melin J., Herold A. Une novelle verie'te de nitrate de graphite. Mat. Sci. Eng. 1977. V. 31. P. 91 - 94.
Ziatdinov A.M., Skrylnik P.G. Graphite intercalation by nitric acid: conduction ESR and theoretical studies. Chem. Ph. 2000. N 261. P. 439 – 448 (in Russian).
Sorokina N.E., Nikol'skaya I.V., Ionov S.G., Avdeev V.V. Acceptor-type graphite intercalation compounds and new carbon materials based on them. Izv.Ak. Nauk. Ser. Khim. 2005. N 8. P. 1699 – 1716 (in Russian).
Tarasevich M.R. Electrochemistry of Carbon Materials. М.: Nauka. 1984. 253 p. (in Russian).
Rychagov Y.A., Urisson N.A., Vol'fkovich Yu.M. Electrochemical parameters and surface properties of activated carbon elec-trodes of double-layer capacitors. Electrokhim. 2001. V. 37. N 11. P. 1172 – 1179 (in Russian).
Yakovleva E.V., Yakovlev A.V., Finayenov A.I. Electrochemical synthesis of the thermoexpanded compounds of graphite in nitrate electrolyte. Zhurn. Prikl. Khimii. 2002. V. 75. N 10. P. 1632-1638 (in Russian).
Kolesnikova M.A., Yakovleva E.V., Yakovlev A.V., Finayenov A.I. Influence of the mode of anode processing of graphite in 60% of HNO3 on degree of thermo expansion of the received compounds. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2006. V. 49. N 12. P. 58 – 61 (in Russian).
Medvedev M.V., Zabudkov S.L., Mokrousov A.A., Finayonov A.I., Yakovlev A.V. Anode synthesis of intercalation com-pounds for receiving the high-split thermoexpanded graphite. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 7. P. 21-23 (in Russian).
Avdeev V.V., Tverezovskaya O.A., Sorokina N.E. Spontaneous and electrochemical intercalation of HNO3 into graphite. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2000. V. 340. P. 137-142 (in Russian).
Yakovlev A.V., Zabud'kov S.L., Finaenov A.I., Yakovleva E.V. Thermally expanded graphite: Synthesis, properties, and pro-spects for use. Zhurn. Prikl. Khimii. 2006. V. 79. N 11. P. 1761 – 1771 (in Russian).
Finaenov A.I., Krasnov V.V., Trifonov A.I. Electrochemical receiving thermoexpanded graphite for electrodes of chemical cur-rent sources. Elektrokhim. Energ. 2003. V. 3. N 3. P. 107 - 118 (in Russian).
Sorokina N.E. Intercalation of graphite in ternary systems C-HNO3 R, where R is H2O, CH3COOH, H3PO4, H2SO4. Neorg. Mat. 2002. V. 38. N 5. P. 482-489 (in Russian).
Sorokina N.E., Maksimova N.V., Avdeev V.V. Synthesis of intercalation compounds in the system graphite -HNO3-H3PO4. Neorg. Mat. 2001. V. 37. N 4. P. 1 – 7 (in Russian).
