Роль электрического тока в редокс-сорбции кислорода медьсодержащими нанокомпозитами
Аннотация
Для обоснования лимитирующей стадии редокс-сорбции кислорода на катодно поляризуемом медьсодержащем нанокомпозите на основе ионообменной матрицы и регулирования скорости про-цесса необходимо определить значение предельного тока и рассмотреть влияние величины поляри-зующего тока на скорость поглощения кислорода в допредельной области поляризации тонкого зер-нистого слоя нанокомпозита.
Для получения значения предельного тока фракция гранулированного нанокомпозитного ма-териала загружалась в катодное отделение сорбционно-мембранной электрохимической ячейки, ко-торая состояла из двух анодных отделений с платиновыми анодами, отделенными от катодного кати-онообменными мембранами МК-40. Катод представлял собой зернистый слой пористого медь-ионообменного нанокомпозита Cu0∙Lewatit K2620 в натриевой ионной форме с токоподводом из тон-кой медной проволоки. Анодные отделения содержали сульфокатионообменник Lewatit K2620. Сульфокатионообменные мембраны МК-40 обеспечивали электропроводность и направленный пере-нос образующихся ионов водорода из анодных камер в катодную.
Кинетику электровосстановления кислорода из воды исследовали исследовали при поляриза-ции постоянным током I в течение 5 ч. По завершению опыта срезы зерен нанокомпозита исследова-ли микроскопически. Определяли геометрические границы промежуточной ξ1(Cu/Cu2О) и конечной ξ2(Cu2О/CuO) стадий последовательной химической реакции окисления металлического компонента нанокомпозита
Исследован процесс редокс-сорбции молекулярного кислорода из воды на тонком зернистом слое нанокомпозита медь-сульфокатионообменник при различных токах. Определено значение пре-дельного диффузионного тока по кислороду для нового материала Сu0·Lewatit K2620. Показана суще-ственная зависимость предельного тока от степени окисления наночастиц меди, свидетельствующая об их высокой химической активности. После нескольких последовательных вольтамперных циклов достигнута устойчивая активация наночастиц, которой соответствует максимальное значение эффек-тивного предельного тока. Установлено, что в допредельной области при малых токах основную до-лю в поглощении кислорода составляет химическая компонента: убыль кислорода происходит за счет химического восстановления наночастицами меди, процесс лимитируется стадией внутренней диф-фузии. С повышением тока количество поглощенного кислорода возрастает, основную долю состав-ляет электрохимическая компонента: убыль кислорода происходит за счет восстановления током, процесс вытесняется из внутридиффузионной области лимитирования во внешнедиффузионную, обеспечивающую более высокую скорость. Частично ток начинает расходоваться на электровосста-новление образующихся оксидов меди.
Скачивания
Литература
Shao M., Electrocatalysis in Fuel Cells, Catalysts, 2015, Vol. 5, pp. 2115-2121. DOI: 10.3390/catal5042115
Gurevich S.A., Il’ushchenko D.S., Yavsin D. A. et al., Russ. J. Eleсtrochem., 2017, Vol. 53, pp. 567-547. DOI: 10.1134/S1023193517060052
Nie Y., Li L., Wei Z., Chem. Soc. Rev., 2015, Vol. 44, pp. 2168-2201. DOI: 10.1039/c4cs00484a
Bogdanovskaya V.A., Tarasevich M.R., Russ. J. Eleсtrochem., 2011, Vol. 47, pp. 380-386. DOI: 10.1134/S1023193511040057
Kondratiev V.V., Malev V.V., Eliseeva S.N., Russ. Chem. Reviews, 2016, Vol. 85, pp. 14-37. DOI: 10.1070/RCR4509
Lu Y., Xu H., Jia Wang J. et al., Electro-chimica Acta, 2009, Vol. 54, pp. 3972-3978. DOI: 10.1016/j.electacta.2009.02.019
Vukmirovic M.B., Vasiljevic N., Dimi-trov N. et al., J. Electrochem. Soc., 2002, Vol. 150, pp. B10-B15. DOI: 10.1149/1.1526554
Selvaraju T., Ramaraj R., Pramana – J.
Phys., 2005, Vol. 65, No 4, pp. 713-722.
Vakhnin D.D., Pridorogina V.E., Polyan-skii L.N. et al., Russ. J. Phys. Сhem. A., 2018, Vol. 92, No 1, pp. 172-177. DOI: 10.1134/S0036024418010296
Kravchenko T.A., Vakhnin D.D, Pridorogina V.E. et al., Russ. J. Electrochem., 2019, Vol. 55, No 12, pp. 1251-1257. DOI: 10.1134/s1023193519120097
Vakhnin D.D., Polyanskii L.N., Kravchenko T.A. et al., Russ. J. Phys. Сhem. A, 2019, Vol. 93, No 5, pp. 951-957. DOI: 10.1134/S0036024419050315
Kravchenko T.A., Polyanskii L.N., Kali-nichev A.I. et al., Nanokompozity metall-ionoobmennik, M., Nauka, 2009, 391 p.
