Особливості кінетики і механізму електровідновлення іонів Ni(II) при осадженні нікелю і композитів Ni–TiO2 з низькотемпературного евтектичного розчинника

doi:10.26565/2220-637X-2021-36-04

В'ячеслав Проценко ДВНЗ "Український державний хіміко-технологічний університет", Дніпро, просп. Гагаріна, 8, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-5959-0426
Дмитро Богданов ДВНЗ "Український державний хіміко-технологічний університет", Дніпро, просп. Гагаріна, 8, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-6741-9901
Тетяна Бутиріна ДВНЗ "Український державний хіміко-технологічний університет", Дніпро, просп. Гагаріна, 8, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-0619-6783
Фелікс Данилов ДВНЗ "Український державний хіміко-технологічний університет", Дніпро, просп. Гагаріна, 8, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-6058-6056

DOI: https://doi.org/10.26565/2220-637X-2021-36-04

Ключові слова: кінетика і механізм, електрохімічна реакція, іони нікелю, низькотемпературний евтектичний розчинник, коефіцієнт перенесення, енергетичний бар'єр, електроосадження композитів, діоксид титану, адсорбція

Анотація

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.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

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