Особливості кінетики і механізму електровідновлення іонів Ni(II) при осадженні нікелю і композитів Ni–TiO2 з низькотемпературного евтектичного розчинника
DOI:
https://doi.org/10.26565/2220-637X-2021-36-04Ключові слова:
кінетика і механізм, електрохімічна реакція, іони нікелю, низькотемпературний евтектичний розчинник, коефіцієнт перенесення, енергетичний бар'єр, електроосадження композитів, діоксид титану, адсорбціяАнотація
Уперше вивчені кінетичні закономірності процесу розряду іонів нікелю з електроліту на основі нового типу іонних рідин – низькотемпературних евтектичних розчинників. Дослідження проведено з використанням електролітів на основі ethaline – рідкої евтектичної суміші холін хлориду і етиленгліколю у молярному співвідношенні 1:2, відповідно, у якій розчиняли 1 М NiCl2·6H2O. Показано, що уявні коефіцієнти перенесення для електрохімічного процесу у системі Ni(II)/Ni(0) в ethaline дорівнюють α=0.309 і β=0.255 для анодної і катодної реакцій, відповідно. Отримані значення важко інтерпретувати в рамках відомих критеріїв стадійності. Для пояснення цього ефекту застосовано теоретичні уявлення, запропоновані Гілеаді, згідно з якими при електроосадженні металів електричний заряд переноситься через межу поділу фаз металевими іонами, а не електронами, і тому потенційний енергетичний бар'єр в подвійному електричному шарі стає сильно несиметричним (відхилення коефіцієнту перенесення від 0.5). Виявлено, що при введенні частинок TiO2 (0-10 г/дм3) до електроліту на основі ethaline спостерігається гальмування електрохімічного відновлення іонів нікелю(II) унаслідок часткового блокування поверхні електроду адсорбованими колоїдними частинками діоксиду титану.
Посилання
Thiemig D., Bund A. Characterization of electrodeposited Ni–TiO2 nanocomposite coatings. Surface and Coatings Technology, 2008, 202, 2976-2984. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.10.035
Chen W., Gao W. Sol-enhanced electroplating of nanostructured Ni–TiO2 composite coatings – the effects of sol concentration on the mechanical and corrosion properties. Electrochimica Acta, 2010, 55, 6865-6871. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.05.079
Chen W., He Y., Gao W. Electrodeposition of sol-enhanced nanostructured Ni-TiO2 composite coatings, Surface and Coatings Technology, 2010, 204, 2487-2492. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.01.036
Mohajeri S., Dolati A., Ghorbani M. The influence of pulse plating parameters on the electrocodepo-sition of Ni-TiO2 nanocomposite single layer and multilayer structures on copper substrates. Surface and Coatings Technology, 2015, 262, 173-183. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.12.042
Spanou S., Kontos A.I., Siokou A., Kontos A.G., Vaenas N., Falaras P., Pavlatou E.A. Self clean-ing behaviour of Ni/nano-TiO2 metal matrix composites. Electrochimica Acta, 2013, 105, 324-332. http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.174
Mohajeri S., Dolati A., Ghorbani M. The photoinduced activity of Ni-TiO2/TiO2 multilayer nano-composites synthesized by pulse electrodeposition technique. International Journal of Electro-chemical Science, 2017, 12, 5121-5141. http://dx.doi.org/10.20964/2017.06.50
Danilov F.I., Kityk A.A., Shaiderov D.A., Bogdanov D.A., Korniy S.A., Protsenko V.S. Electro-deposition of Ni–TiO2 composite coatings using electrolyte based on a deep eutectic solvent. Sur-face Engineering and Applied Electrochemistry, 2019, 55, 138-149. http://dx.doi.org/10.3103/S106837551902008X
Abdel Aal A., Hassan H.B. Electrodeposited nanocomposite coatings for fuel cell application. Jour-nal of Alloys and Compounds, 2009, 477, 652-656. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.10.116
Protsenko V.S., Bogdanov D.A., Korniy S.A., Kityk A.A., Baskevich A.S., Danilov F.I. Applica-tion of a deep eutectic solvent to prepare nanocrystalline Ni and Ni/TiO2 coatings as electrocata-lysts for the hydrogen evolution reaction. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, 44, 24604-24616. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.07.188
Protsenko V.S., Bogdanov D.A., Kityk A.A., Korniy S.A., Danilov F.I. Ni–TiO2 functional compo-site coatings deposited from an electrolyte based on a choline-containing ionic liquid. Russian Jour-nal of Applied Chemistry, 2020, 93, 1525-1532. http://dx.doi.org/10.1134/S1070427220100067
Smith E.L., Abbott A.P., Ryder K.S. Deep eutectic solvents (DESs) and their applications. Chemical Reviews, 2014, 114, 11060-11082. http://dx.doi.org/10.1021/cr300162p
Zhang Q., Vigier K.D.O., Royer S., Jérôme F. Deep eutectic solvents: syntheses, properties and ap-plications. Chemical Society Reviews, 2012, 41, 7108-7146. https://doi.org/10.1039/c2cs35178a
Tomé L.I.N., Baião V., da Silva W., Brett C.M.A. Deep eutectic solvents for the production and application of new materials. Applied Materials Today, 2018, 10, 30-50. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2017.11.005
Abbott A.P., Ryder K.S., König U. Electrofinishing of metals using eutectic based ionic liq-uids. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 2008, 86, 196-204. http://dx.doi.org/10.1179/174591908X327590
Wang S., Zou X., Lu Y., Rao S., Xie X., Pang Z., Lu X., Xu Q., Zhou Z. Electrodeposition of nano-nickel in deep eutectic solvents for hydrogen evolution reaction in alkaline solution. In-ternational Journal of Hydrogen Energy, 2018, 43, 15673-15686. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.06.188
Danilov F.I., Protsenko V.S., Kityk A.A., Shaiderov D.A., Vasil'eva E.A., Pramod Kumar U., Joseph Kennady C. Electrodeposition of nanocrystalline nickel coatings from a deep eutectic solvent with water addition. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2017, 53, 1131-1138. http://dx.doi.org/10.1134/S2070205118010203
Kityk A.A., Shaiderov D.A., Vasil'eva E.A., Protsenko V.S., Danilov F.I. Choline chloride based ionic liquids containing nickel chloride: physicochemical properties and kinetics of Ni(II) electrore-duction. Electrochimica Acta, 2017, 245, 133-145. http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2017.05.144
Abbott A.P., El Ttaib K., Ryder K.S., Smith E.L. Electrodeposition of nickel using eutectic based ionic liquids. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 2008, 86, 234-240. http://dx.doi.org/10.1179/174591908X327581
Krishtalik L.I. Electrode reactions: mechanism of elementary act. Moscow: Nauka, 1979 [in Rus]. Кришталик Л.И. Электродные реакции. Механизм элементарного акта. М.: Наука, 1979.
Losev V.V. Mechanism of consecutive electrode processes on amalgams. In Outcomes of science and engineering. Electrochemistry. Moscow: VINITI; 1971; Vol. 6, p 65-164 [in Rus]. Лосев В.В. Механизм стадийных электродных процессов на амальгамах. В Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия. М.: ВИНИТИ, 1971; Т. 6, с. 65-164.
Gileadi E. The enigma of metal deposition. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2011, 660, 247-253. http://dx.doi.org/10.1016/j.jelechem.2011.01.025
Gileadi E. Charge and mass transfer across the metal/solution interface. Israel Journal of Chemis-try, 2008, 48, 121-131. http://dx.doi.org/10.1560/IJC.48.3-4.121
