Влияние органических соединений и режимов осаждения на структуру и морфологию висмутовых покрытий

  • Дарья Ивановна Тишкевич ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Степанович Грабчиков ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Сергеевна Цыбульская Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Владислав Сергеевич Шендюков Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Сергеевич Перевозников Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Кондратьевич Позняк Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Алексей Валентинович Труханов ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Методом рентгенофазового анализа показано, что покрытия, полученные из перхлоратного электролита висмутирования, имеют ромбоэдрический тип кристаллической решетки, самым интенсивным рефлексом является Bi (012). Введение в электролит ряда органических соединений приводит к изменению текстуры роста покрытий: например, при добавлении акридинового желтого и сафранинового фиолетового наиболее интенсивным рефлексом становится Bi (110). Исследование морфологии поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа выявило, что покрытия, полученные в отсутствие органических соединений, а также в присутствии сафранинового фиолетового, имеют наиболее крупные размеры кристаллитов (десятки микрон) с разной текстурой роста. В присутствии резорцина и синтанола размеры кристаллитов уменьшаются при одинаковой текстуре их роста Bi (012). Наиболее мелкозернистые, плотные и однородные покрытия получены при одновременном введении в электролит синтанола и резорцина.

Биографии авторов

Дарья Ивановна Тишкевич, ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Сергей Степанович Грабчиков, ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук; главный научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Людмила Сергеевна Цыбульская, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Владислав Сергеевич Шендюков, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Сергей Сергеевич Перевозников, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Сергей Кондратьевич Позняк, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Алексей Валентинович Труханов, ГНПО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Литература

  1. Švancara I., Prior C., Hočevar S. B., et al. A Decade with Bismuth-Based Electrodes in Electroanalysis. Electroanalysis. 2010. Vol. 22, issue 13. P. 1405–1420. DOI: 10.1002/elan.200970017.
  2. Wang J. Carbon-Nanotube Based Electrochemical Biosensors: a Review. Electroanalysis. 2005. Vol. 17, issue 1. P. 7–14. DOI: 10.1002/elan.200403113.
  3. Królicka A., Bobrowski A. Bismuth Film Electrode for Adsorptive Stripping Voltammetry – electrochemical and microscopic study. Electrochem. Commun. 2004. Vol. 6, issue 2. P. 99 –104. DOI: 10.1016/j.elecom.2003.10.025.
  4. Ashrafi A. M., Vytřas K. Codeposited Antimony-Bismuth Film Carbon Paste Electrodes for Electrochemical Stripping Determination of Trace Heavy Metals. Int. J. Electrochem. Sci. 2013. Vol. 8. P. 2095–2103.
  5. Walker R. Internal Stress in Electrodeposited Metallic Coatings. London : Industrial News-paper, 1968.
  6. Sayed S. M., Jüttner K. Electrocatalysis of Oxygen and Hydrogen Peroxide Reduction by UPD of Bismuth on Poly- and Mono- crystalline Gold Electrodes in Acid Solutions. Electrochim. Acta. 1983. Vol. 28. P. 1635–1641. DOI: 10.1016/0013-4686(83)85228-1.
  7. Chen C. H., Kepler K. D., Gewirth A. A., et al. Electrodeposited Bismuth Monolayers on Gold (111) Electrodes: Comparison of Surface X-ray Scattering, Scanning Tunneling Microscopy, and Atomic Force Microscopy Lattice Structures. J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97. P. 7290 –7294. DOI: 10.1021/j100130a028.
  8. Campbell S. A., Parsons R. Effect of Bi and Sn Adatoms on Formic Acid and Methanol Oxidation at Well Defined Platinum Surfaces. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1992. Vol. 88. P. 833–841. DOI: 10.1039/ft9928800833.
  9. Chang S. C., Ho Y., Weaver M. J. Application of Real-time Infrared Spectroscopy to Electrocatalysis at Bimetallic Surfaces: I. Electrooxidation of Formic Acid and Methanol on Bismuth-modified Pt (111) and Pt (100). Surf. Sci. Vol. 265, issues 1–3. P. 81– 94. DOI: 10.1016/0039-6028(92)90489-S.
  10. Clavilier J., Fernandez-Vega A., Feliu J. M., et al. Heterogeneous Electrocatalysis on Well Defined Platinum Surfaces Modified by Controlled Amounts of Irreversibly Adsorbed Adatoms. Part I. Formic Acid Oxidation on the Pt(111) – Bi System. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1989. Vol. 258, issue 1. P. 89–100. DOI: 10.1016/0022-0728(89)85164-2.
  11. Herrero E., Fernandez-Vega A., Feliu J. M., et al. Poison Formation Reaction From Formic Acid and Methanol on Pt(111) Electrodes Modified by Irreversibly Adsorbed Bi and As. J. Electroanal. Chem. 1993. Vol. 350, issues 1/2. P. 73–88. DOI: 10.1016/00220728(93)80197-P.
  12. Smith S. P. E., Abruna H. D. Effects of the Electrolyte Identity and the Presence of Anions on the Redox Behavior of Irreversibly Adsorbed Bismuth on Pt (111). J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102, issue 18. P. 3506 –3511. DOI: 10.1021/jp9804648.
  13. Li L., Zhang Y., Li G., et al. A route to fabricate single crystalline bismuth nanowire arrays with different diameters. Chem. Phys. Lett. 2003. Vol. 378, issues 3/4. P. 244 – 249. DOI: 10.1016/S0009-2614(03)01264-8.
  14. Chatterjee K., Suresh A., Ganguly S., et al. Synthesis and characterization of an electro-deposited polyaniline-bismuth telluride nanocomposite – a novel thermoelectric material. Mater. Charact. 2009. Vol. 60, issue 12. P. 1597–1601. DOI: 10.1016/j.matchar.2009.09.012.
  15. Cho S., Kim Y., Olafsen L. J., et al. Large magnetoresistance in post-annealed polycrystalline and epitaxial Bi thin films. J. Magn. Magn. Mater. 2002. Vol. 239, issues 1–3. P. 201–203. DOI: 10.1016/S0304-8853(01)00557-1.
  16. Jiang S., Huang Y. H., Luo F., et al. Synthesis of bismuth with various morphologies by electrodeposition. Inorg. Chem. Commun. 2003. Vol. 6, issue 6. P. 781–785. DOI: 10.1016/S1387-7003(03)00104-7.
  17. Tolutis R. A., Balevičius S. Study of large magnetoresistance of thin polycrystalline Bi films annealed at critical temperatures. Phys. Status Solidi A. 2006. Vol. 203, issue 3. P. 600 – 607. DOI: 10.1002/pssa.200521019.
  18. Lu M., Zieve R. J., van Hulst A., et al. Low-temperature Electrical-transport Properties of Single-crystal Bismuth Films Under Pressure. Phys. Rev. B. 1996. Vol. 53. P. 1609 –1615. DOI: 10.1103/PhysRevB.53.1609.
  19. Ziegler J. P. Status of Reversible Electrodeposition Electrochromic Devices. Solar Energy Mater. Solar Cells. 1999. Vol. 56, issues 3/4. P. 477– 493. DOI: 10.1016/S0927-0248(98)00192-5.
  20. Córdoba de Torresi S. I., Carlos I. A. Optical Сharacterization of Bismuth Reversible Electrodeposition. J. Electroanal. Chem. 1996. Vol. 414, issue 1. P. 11–16. DOI: 10.1016/0022-0728(96)04638-4.
  21. Bard A. J. (ed.). Encyclopedia of Electrochemistry of the Elements. New York : Marcel Dekker, 1986. Vol. IX, part B.
  22. Yang F. Y., Liuk K., Hong K., et al. Large Magnetoresistance of Electrodeposited Single-Crystal Bismuth Thin Films. Science. 1999. Vol. 284, issue 5418. P. 1335–1337. DOI: 10.1126/science.284.5418.1335.
  23. El-Fiki S., El Kameesy S. U., Nashar D. E. El., et al. Influence of Bismuth Contents on Mechanical and Gamma Ray Attenuation Properties of Silicone Rubber Composite. Int. J. Adv. Res. 2015. Vol. 3, issue 6. P. 1035–1041.
  24. La Fontaine A., Keast V. J. Compositional distributions in classical and lead-free brasses. Mater. Charact. 2006. Vol. 57, issues 4/5. P. 424 – 429. DOI: 10.1016/j.matchar.2006.02.005.
  25. Yang M., Hu Z. Electrodeposition of Bismuth Onto Glassy Carbon Electrodes From Nitrate Solutions. J. Electroanal. Chem. 2005. Vol. 583, issue 1. P. 46 –55. DOI: 10.1016/j.jelechem.2005.04.019.
  26. Vereecken P. M., Rodbell K., Ji C. X., et al. Electrodeposition of Bismuth Thin Films on n-GaAs(110). Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 86, issue 12. P. 121916. DOI: 10.1063/1.1886248.
  27. Vereecken P. M., Sun L., Searson P. C., et al. Magnetotransport Properties of Bismuth Films on p-GaAs. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 88, issue 11. P. 6529. DOI: 10.1063/1.1323537.
  28. Vereecken P. M., Searson P. C. Electrochemical Deposition of Bi on GaAs(100). J. Electrochem. Soc. 2001. Vol. 148, issue 11. P. C733 – C739. DOI: 10.1149/1.1406493.
  29. Jeffrey C. A., Harrington D. A., Morin S. Insitu Scanning Tunneling Microscopy of Bismuth Electrodeposition on Au (111) Surfaces. Surf. Sci. 2002. Vol. 512, issues 1/2. P. L367 – L372. DOI: 10.1016/S0039-6028(02)01685-0.
  30. Piontelli R., Poli G. Gazz. Chim. Ital. 1949. Vol. 79. P. 981. 31. Frank F. C. On Miller – Bravais Indices and Four-dimensional Vectors. Acta Cryst. 1965. Vol. 18. P. 862–866. DOI: 10.1107/ S0365110X65002116.
  31. Frank F. C. On Miller – Bravais Indices and Four-dimensional Vectors. Acta Cryst. 1965. Vol. 18. P. 862–866. DOI: 10.1107/S0365110X65002116.
Опубликован
2018-04-30
Ключевые слова: электрохимическое осаждение, висмут, перхлоратный электролит, органические соединения, покрытия
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № T17M-046).
Как цитировать
Тишкевич, Д. И., Грабчиков, С. С., Цыбульская, Л. С., Шендюков, В. С., Перевозников, С. С., Позняк, С. К., & Труханов, А. В. (2018). Влияние органических соединений и режимов осаждения на структуру и морфологию висмутовых покрытий. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 14-21. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/1216
Выпуск
№ 1 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).