Электроосажденные покрытия медь – олово как катализаторы при электролизе воды в щелочных растворах

  • Мария Геннадьевна Галуза Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Татьяна Николаевна Воробьева Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Предложен этиленгликолевый электролит для осаждения на стальные электроды с никелевым подслоем покрытий Cu − Sn, содержащих 70 мас. % меди и включающих кристаллические фазы меди, олова и интерметаллида Cu6Sn5, твердого раствора электронного типа на базе соединения Cu5Sn, а также оксиды меди(II) и олова(IV) в следовых количествах. Определены изменения элементного и фазового состава покрытий в результате их прогрева при 250 и 400 °С и выщелачивания в 7,5 моль/дм3 растворе NaOH. Показано, что прогретые при 400 °С покрытия в процессе электролитического выделения как водорода, так и кислорода при щелочном электролизе воды обладают электрокаталитической активностью, превышающей активность используемого никелевого подслоя. Эти покрытия характеризуются коррозионной устойчивостью в 0,1 моль/дм3 растворе KOH, которая, судя по токам коррозии, превосходит устойчивость к коррозии электрода из никелированной стали.

Биографии авторов

Мария Геннадьевна Галуза, Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок Научно-­исследовательского института физико-­химических проблем БГУ, аспирант кафедры неорганической химии химического факультета БГУ. Научный руководитель – Т. Н. Воробьева

 

Татьяна Николаевна Воробьева, Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; главный научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок Научно-­исследовательского института физико-­химических проблем, профессор кафедры неорганической химии химического факультета БГУ

 

Литература

  1. Navarro RM, Guil R, Fierro JLG. Introduction to hydrogen production. Compendium of Hydrogen Energy. 2015;1:21–61. DOI: 10.1016/B978-1-78242-361-4.00002-9.
  2. Wang S, Lu A, Zhong C-J. Hydrogen production from water electrolysis: role of catalysts. Nano Convergence. 2021;8(1):4. DOI: 10.1186/s40580-021-00254-x.
  3. Liang X, Wu X, Li X, Mao J, Gai Q. Preparation of NiAl coated nickel foam cathode for alkaline water electrolysis using atmospheric plasma spraying. International Journal of Electrochemical Science. 2020;15:5916–5926. DOI: 10.20964/2020.06.61.
  4. Aliyev ASh, Guseynova RG, Gurbanova UM, Babanly DM, Fateev VN, Pushkareva IV, et al. Electrocatalysts for water electrolysis. Chemical Problems. 2018;3:283−306. DOI: 10.32737/2221-8688-2018-3-283-306.
  5. Chakarova V, Monev M. Electrocatalytic properties of electroless Ni – P coatings towards hydrogen evolution reaction in alkaline solution: Ni – P coatings deposited on steel substrate at different concentrations of sodium hypophosphite. Electrocatalysis. 2023;14(2):259–266. DOI: 10.1007/s12678-022-00791-x.
  6. Ďurovič M, Hnát J, Strečková M, Bouzek K. Efficient cathode for the hydrogen evolution reaction in alkaline membrane water electrolysis based on NiCoP embedded in carbon fibres. Journal of Power Sources. 2023;556:232506. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022/232506.
  7. Hamada AS, Karjalainen LP. Corrosion behaviour of high-Mn TWIP steels with electroless Ni – P coating. The Open Corrosion Journal. 2010;3:1–6. DOI: 10.2174/1876503301003010001.
  8. Jovic BM, Lacnjevac UC, Krstajic NV, Jovic VD. Ni – Sn coatings as cathodes for hydrogen evolution in alkaline solutions. Electrochimica Acta. 2013;114:813–818. DOI: 10.1016/j.electacta.2013.06.024.
  9. He J, Dettelbach KE, Huang A, Berlinguette CP. Brass and bronze as effective CO2 reduction electrocatalysts. Angewandte Chemie. 2017;56(52):16579–16584. DOI: 10.1002/anie.201709932.
  10. Morimoto M, Takatsuji Y, Yamasaki R, Hashimoto H, Nakata I, Sakakura T, et al. Electrodeposited Cu – Sn alloy for electrochemical CO2 reduction to CO/HCOO–. Electrocatalysis. 2018;9:323–332. DOI: 10.1007/s12678-017-0434-2.
  11. Stojkovikj S, El-Nagar GA, Firschke F, Pardo Pérez LC, Choubrac L, Najdoski M, et al. Electrocatalyst derived from waste Cu – Sn bronze for CO 2 conversion into CO. ACS Applied Materials and Interfaces. 2021;13(32):38161– 38169. DOI: 10.1021/acsami.1c05015.
  12. Liu Y, Jiang K, Yang S. Integrated anode electrode composited Cu – Sn alloy and separator for microscale lithium ion batteries. Materials. 2019;12(4):603–613. DOI: 10.3390/ma12040603.
  13. Telli E. Copper-zinc and copper-iron binary electrode for hydrogen evolution reaction. Sakarya University Journal of Science. 2018;22(3):945−951. DOI: 10.16984/saufenbilder.310429.
  14. Ngamlerdpokin K, Tantavichet N. Electrodeposition of nickel – copper alloys to use as a cathode for hydrogen evolution in an alkaline media. International Journal of Hydrogen Energy. 2014;39(6):2505–2515. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.12.013.
  15. Perez-Alonso FJ, Adan C, Rojas S, Peña MA, Fierro JLG. Ni/Fe electrodes prepared by electrodeposition method over different substrates for oxygen evolution reaction in alkaline medium. International Journal of Hydrogen Energy. 2014;39(10):5204–5212. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.12.186.
  16. Louie MW, Bell AT. An investigation of thin-film Ni – Fe oxide catalysts for the electrochemical evolution of oxygen. Journal of the American Chemical Society. 2013;135(33):12329–12337. DOI: 10.1021/ja405351s.
  17. Vorobyova TN, Haluza MG, Vrublevskaya ON, Paniatouski AV, Veretennikova EA. Electrodeposition of copper – tin alloys from glycol electrolytes. Journal of the Belarusian State University. Chemistry. 2019;2:69–78. Russian. DOI: 10.33581/2520-257X-2019-2-69-78.
  18. Galuza MG, Vorobyova TN. Galvanic Cu – Zn coatings on electrodes for the production of hydrogen and oxygen by electrolysis of an alkali solution. Sviridovskie chteniya. 2023;19:21–36. Russian.
Опубликован
2024-03-20
Ключевые слова: электроосаждение, сплав Cu – Sn, покрытия Cu – Sn, щелочной электролиз воды, электрокатализ, электроды
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (грант № 789/41).
Как цитировать
Галуза, М. Г., & Воробьева, Т. Н. (2024). Электроосажденные покрытия медь – олово как катализаторы при электролизе воды в щелочных растворах. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 23-32. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/5955