аспирант
PostGraduate Student
д-р хим. наук, профессор
D.Sc. in Chemistry, Professor
студент
Student
Сравнивались каталитические свойства синтезированных авторами смешанных оксидов шпинельной структуры Со3О4 и NiCo2O4 при их использовании в качестве катализаторов реакции восстановления кислорода в щелочной среде. Данная реакция является одной из важнейших при разработке альтернативных источников энергии с высокими удельными характеристиками – металловоздушных источников тока, а также топливных элементов. Одним из реагентов в таких системах является кислород, другим – может выступать металл (Zn, Li и др.) или водород. Для поиска высокопроизводительных катализаторов применялся метод сравнения каталитической активности катализаторов, нанесенных на плоские электроды, при этом, для того чтобы использовать образцы в качестве электродов, добивались достаточной адгезии. Катализатор Со3О4 был получен на подложке гидротермальным методом из раствора, содержащего 0,1М Co(NO3)2 и 0,4 М мочевины. Синтез NiCo2O4 осуществляли электрохимическим методом из раствора 0,01 М Ni(NO3)2 и 0,02 М Co(NO3)2. Аттестацию образцов проводили с помощью рентгенофазового анализа, электрохимические характеристики определяли методом циклической вольтамперометрии в 1 М растворе NaOH. Установлено, что каталитически активные центры формировались на поверхности электрода с нанесенным слоем соответствующего оксида в процессе катодной поляризации. Электродная реакция при образовании одного центра соответствовала двухэлектронному переходу. Общее число центров можно было определить по количеству электричества. Степень заполнения также определяли по количеству электричества как функции потенциала по катодной ветви вольтамперограммы. Расчет проводили путём численного интегрирования тока по методу трапеций в пакете Excel. На основе выполненных расчетов установлен вид и параметры изотермы заполнения поверхности активными центрами как функции потенциала электрода. Впервые показано, что заполнение поверхности активными центрами происходит в соответствии с изотермой Фрумкина – Темкина. Кроме того, рассчитаны параметры изотерм и плотность центров на поверхности, а также эффективное расстояние между ними. Наибольшее количество центров получено для электрода с нанесенным слоем NiCo2O4 – 2,27∙1017шт/см2 .
The paper compares catalytic properties of spinel mixed oxides of Co3O4 and NiCo2O4, that we synthesized, as possible catalysts for the oxygen reduction reaction in an alkaline medium. This reaction is one of the most important in the development of alternative energy sources with high specific characteristics – metal-air batteries and fuel cells. One of the reagents in such systems is oxygen; another necessary component can be a metal (Zn, Li, etc.) or hydrogen. We have employed the method of comparing catalytic activity for catalysts deposited on flat electrodes and have tried to achieve the sufficient adhesion in order to use the samples as electrodes. The Co3O4 catalyst was obtained on the substrate by hydrothermal method from a solution containing 0.1 M Co(NO3)2 and 0.4 M urea. The synthesis of NiCo2O4 was carried out electrochemically from a solution containing 0.01 M Ni(NO3)2 and 0.02 M Co(NO3)2. Sample characterization was carried out with X-ray analysis; electrochemical characteristics were obtained using cyclic voltammetry in 1 M NaOH solution. The paper finds out that catalytically active sites are formed on the electrode surface with a layer of the corresponding oxide during the cathodic polarization. Formation of one center during the electrode reaction corresponds to a twoelectron transfer. Total number of the active sites can be determined from the amount of electricity. Surface coverage was determined from the amount of electricity as a function of the potential calculated from the cathodic branch of the voltammogram curve. We carried out the calculation by the method of numerical integration using the trapezoidal rule in the Excel package. Based on the calculations performed, the form and parameters of the isotherm of the surface filling with active sites as a function of the electrode potential were established. The filling of the surface with active sites is shown for the first time to take place in accordance with the Frumkin–Temkin isotherm. We calculated the isotherm parameters, the density of the sites on the surface, and the effective distance between them. Most centers were obtained for an electrode with a layer of NiCo2O4 – 2.27∙1017 cm-2 . The original technique is of interest for comparing the catalytic activity of electrodes from various materials.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.