Параметры оксидных пленок, анодно образованных на сплавах Ag-Zn с различной вакансионной дефектностью поверхностного слоя

Аннотация

Природа и свойства оксидных пленок, анодно сформированных на металлах и сплавах, зависят от химического состава и энергетического состояния поверхности электрода.
Цель статьи: определить состав и параметры оксидных пленок, сформированных в 0.1 М KOH на серебряно-цинковых сплавах (до 30 ат.% Zn включительно) с различной вакансионной дефектностью поверхностного слоя. Повышенная вакансионная дефектность поверхностного слоя сплавов создавалась путем предварительного селективного растворения цинка при различных потенциалах в 0.01 M HNO3 + 0.09 M KNO3. Полученные таким путем сплавы перемещались в 0.1 M KOH для формирования оксидных пленок. Состав пленок контролировался при помощи катодной вольтамперометрии. Толщина пленок рассчитывалась по результатам анодной кулонометрии
с учетом токовой эффективности, определенной по результатам катодной кулонометрии. Морфология поверхности электрода контролировалась при помощи сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Обнаружено, что концентрация сверхравновесных вакансий, возникающих в поверхностном слое, зависит от потенциала селективного растворения цинка из сплава. На катодных вольтамперограммах сплавов после их анодного окисления регистрируется пик восстановления оксида Ag(I). Токовая эффективность оксидообразования на сплавах Ag-Zn составляет менее 100% и уменьшается с ростом концентрации цинка в сплаве. Толщина оксида Ag(I) на сплавах не превышает 25 нм. СЭМ-изображения демонстрируют равномерное распределение частиц оксида по
поверхности электрода. Форма частиц близка к сферической. Основным продуктом окисления сплавов серебра с цинком (до 30 ат.% Zn включительно) с различной вакансионной дефектностью поверхностного слоя является оксид Ag(I). Токовая эффективность и толщина для пленки оксида
Ag(I), сформированной на сплавах с повышенной вакансионной дефектностью, меньше, чем для пленки оксида Ag(I), сформированной на чистом серебре. Однако эти же параметры оказываются выше, чем для оксида Ag(I), сформированного на сплавах с равновесной вакансионной дефектностью. Обнаружено, что диаметр частиц оксида Ag(I) уменьшается, а количество частиц на единице поверхности электрода повышается с ростом вакансионной дефектности поверхностного слоя сплава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Gao X.-Y., Wang S.-Y., Li J., Zheng Y.-X., Zhang R.-J., Zhou P., Yang Y.-M., Chen L.-Y. Study of structure and optical properties of silver oxide fi lms by ellipsometry, XRD and XPS methods. Thin Solid Films. 2004;455–456: 438–442. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.11.242
2. Mehdi H. E., Hantehzadeh M. R., Valedbagi Sh. Physical properties of silver oxide thin fi lm prepared by DC magnetron sputtering: effect of oxygen partial pressure during growth. J. Fusion Energy. 2013;32(1): 28–33. DOI: https://doi.org/10.1007/s10894-012-9509-5
3. Ferretti A. M., Ponti A., Molteni G. Silver(I) oxide nanoparticles as a catalyst in the azide–alkyne cycloaddition. Tetrahedron Letters. 2015;56(42): 5727–5730. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2015.08.083
4. Klingshirn C. F., Meyer B. K., Waag A., Hoffmann A., Geurts J. Zinc oxide. From fundamental properties towards novel applications. Berlin: Springer; 2010. 374 p.
5. Wei J., Lei Y., Jia H., Cheng J., Hou H., Zheng Z. Controlled in situ fabrication of Ag₂O/AgO thin films by a dry chemical route at room temperature for hybrid solar cells. Dalton Trans. 2014;43(29): 11333–11338. DOI: https://doi.org/10.1039/C4DT00827H
6. Shuaishuai M., Jinjuan X., Yuming Z., Zewu Z. Photochemical synthesis of ZnO/Ag₂O heterostructures with enhanced ultraviolet and visible photocatalytic activity. J. Mater. Chem. A. 2014;2(20): 7272–7280. DOI: https://doi.org/10.1039/C4TA00464G
7. Shahriary L., Athawale A. A. Electrochemical deposition of silver/silver oxide on reduced graphene oxide for glucose sensing. J. Solid State Electrochem. 2015;19(8): 2255–2263. DOI: https://doi.org/10.1007/s10008-015-2865-0.
8. Istomina O. V., Evstropiev S. K., Kolobkova E. V., Trofi mov A. O. Photolysis of diazo dye in solutions and fi lms containing zinc and silver oxides. Optics and Spectroscopy. 2018;124(6): 774–778. DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X18060097
9. Xiang Q., Meng G., Zhang Y., Xu J., Xu P., Pan Q., Yu W. Ag nanoparticle embedded-ZnO nanorods synthesized via a photochemical method and its gas-sensing properties. Sens. Actuators B. 2010 ;143(2): 635–640. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.10.007
10. Meng F., Hou N., Jin Z., Sun B., Guo Z., Kong L., Xiao X., Wu H., Li M., Liu J. Ag-decorated ultra-thin porous single-crystalline ZnO nanosheets prepared by sunlight induced solvent reduction and their highly sensitive detection of ethanol. Sens. Actuators B. 2015;209: 975–982. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.12.078
11. Kaesche H. Corrosion of metals. Berlin: Springer-Verlag; 2012. 594 p.
12. McCafferty E. Introduction to corrosion science. New York: Springer; 2010. 583 p.
13. Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice. New York: Marcel Dekker; 2002. 729 p.
14. Маршаков И. К. Термодинамика и коррозия сплавов. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та; 1983. 166 с. (In Russ.)
15. Маршаков И. К., Введенский А. В., Кондрашин В. Ю., Боков Г. А. Анодное растворение и селективная коррозия сплавов. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та; 1988. 402 с. (In Russ.)
16. Козадеров О. А., Введенский А. В. Массоперенос и фазообразование при анодном селективном растворении гомогенных сплавов. Воронеж: Научная книга; 2004. 288 c. (In Russ.)
17. Vvedenskii A. V., Kozaderov О. А. Linear voltammetry of anodic selective dissolution  of homogeneous metallic alloys. In: Saito Y., Kikuchi T. (eds.) Voltammetry: theory, types and applications. New York: Nova Science Publishers, Inc.; 2014. 363 p.
18. Муртазин М. М., Нестерова М. Ю., Грушевская С. Н., Введенский А. В. Оксид серебра (I) на сплавах серебра с цинком: анодное формирование и свойства. Электрохимия. 2019;55(7): 873–884. DOI: https://doi.org/10.1134/S0424857019070089
19. Vvedenskii A., Grushevskaya S., Kudryashov D., Kuznetsova T. Kinetic Peculiarities of anodic dissolution of silver and Ag-Au alloys under the conditions of oxide formation. Corrosion Science. 2007;49: 4523–4541. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2007.03.046
20. Кудряшов Д. А., Грушевская С. Н., Введенский А. В. Фотополяризация в анодном оксиде Ag₂O на серебре при УФ-облучении. Конденсированные среды и межфазные границы. 2005;7(2): 141–149. Режим доступа: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_07_2_2005_006.pdf
21. Kudryashov D. A., Grushevskaya, S. N., Vvedenskii A. V. Determining some structure-sensitive characteristics of nano-sized anodic Ag(I) oxide from photopotential spectroscopy. Protection of Metals.2007;43: 591–599. DOI: https://doi.org/10.1134/S0033173207060124
22. Kudryashov D. A., Grushevskaya S. N., Olalekan O., Kukhareva N.V., Vvedenskii A.V. Effect of orientation of crystal face of silver and its alloying with gold on properties of thin anodic Ag(I) oxide films: II. Photopotential. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2010;46(1): 32–39. DOI: https://doi.org/10.1134/S2070205110010041
23. Pearson W. B. A Handbook of lattice spacing sand structures of metals and alloys. Pergamon Press: London; 1958. 1044 p.