Гетерооксидні каталітично активні покриття: синтез і властивості

Abstract

До актуальних проблем сьогодення повною мірою віднесено різноманітні аспекти створення функціональних матеріалів різноманітного призначення. При створенні таких матеріалів неодмінно мають бути враховані економічні і екологічні складові, ресурсозабезпеченість і енергоємність виробництв, а також цільове призначення створюваної продукції. Значною мірою акценти в теперішній час змістились в напрямку досліджень, результати яких мають задовольняти потреби оборонної сфери, сприяти забезпеченню енергетичної незалежності країни та вирішувати інші першорядні завдання. Одним з таких аспектів є поліпшення енергозабезпечення промисловості і побутового сектора та економіки, особливо в віддалених і важкодоступним районах. Світовим трендом в цій галузі вважається виробництво молекулярного водню саме в місцях базування енергоспоживачів, оскільки транспортування газоподібного водню і його зберігання стикаються з майже невирішуваною проблемою наводнювання конструкційних матеріалів, їх водневої крихкості, та ін. Саме за таких обставин створення високоактивних електродних матеріалів для електролітичного синтезу водню електролізом водних розчинів вбачається одним з альтернативних шляхів вирішення поставленої мети. У роботі наведено результати дослідження синтезованих методом плазмо-електролітного оксидування композитних покриттів на платформах зі сплавів алюмінію і титану, допованих сполуками ванадію та вольфраму. Проаналізовано процеси електролізу водних розчинів з використанням означених композитів в ролі електродних матеріалів. Методом лінійної вольтамперометрії визначено константи а і b рівняння Тафеля для систем WO3 – V2O5 – Al2O3 / Аl та WO3 – V2O5 – TiO2 / Ті, як електродних матеріалів, в реакції виділення водню. Встановлено, що на функціональні властивості покриттів суттєво впливає вміст допувальних елементів та характеристики металевих матриць і морфологія поверхні. Значення коефіцієнтів а і b вказують на високий рівень електрокаталітичних властивостей отриманих покриттів, що свідчить про можливості використання їх як електродних матеріалів в цільових реакціях синтезу електролітичного водню.The current problems of today fully include various aspects of the creation of functional materials for various purposes. When creating such materials, economic and environmental components, resource availability and energy intensity of production, as well as the intended purpose of the created products must be taken into account. Largely, the emphasis has now shifted towards research, the results of which should meet the needs of the defense sector, contribute to ensuring the country's energy independence and solve other priority tasks. One of these aspects is improving the energy supply of industry and the household sector and the economy, especially in remote and hard-to-reach areas. The global trend in this area is the production of molecular hydrogen precisely in the places where energy consumers are based, since the transportation of gaseous hydrogen and its storage face the almost insoluble problem of hydrogenation of structural materials, their hydrogen fragility, etc. It is under such circumstances that the creation of highly active electrode materials for the electrolytic synthesis of hydrogen by electrolysis of aqueous solutions is seen as one of the alternative ways to achieve the goal. The paper presents the results of the study of composite coatings synthesized by the plasma-electrolytic oxidation method on platforms made of aluminum and titanium alloys doped with vanadium and tungsten compounds. The processes of electrolysis of aqueous solutions using the indicated composites as electrode materials were analyzed. The constants a and b of the Tafel equation for the WO3 – V2O5 – Al2O3 / Аl and WO3 – V2O5 – TiO2 / Ті systems as electrode materials in the hydrogen evolution reaction were determined by the linear voltammetry method. It was established that the functional properties of the coatings are significantly affected by the content of doping elements and the characteristics of the metal matrices and the surface morphology. The values of the coefficients a and b indicate a high level of electrocatalytic properties of the obtained coatings, which indicates the possibility of using them as electrode materials in the target reactions of electrolytic hydrogen synthesis.