Вплив умов електролізу на склад ванадійвмісних покривів

Abstract

Розробка функціональних матеріалів з прогнозованими властивостями є одним із пріоритетних напрямків у сучасних дослідженнях. При електрохімічному отриманні водню для потреб енергетики актуальним є створення нових електродних матеріалів, використання яких дозволить знизити енерговитрати та собівартість одержуваного водню. Такі електродні матеріалів повинні мати каталітичну активність у реакції відновлення іонів водню на катоді. Каталітичні властивості можливо прогнозувати для покриттів сплавами металів підгрупи заліза з ванадієм, молібденом та вольфрамом. Дані метали з водних розчинів можуть співосаджуватись з такими металами-каталізаторами, як залізо, кобальт, нікель, через утворення кластерних інтерметалевих сполук зі зв'язком Ме-V, Mo, W, адсорбованих на поверхні катода. В роботі досліджено співосадження кобальту з ванадієм з комплексного цитратного електроліту у стаціонарному та імпульсному режимах. У результаті проведених досліджень встановлено, що якісне покриття сплавом кобальт-ванадій, світло-сірого кольору, блискуче, рівномірне, мікрокристалічне можна осадити з цитратного електроліту з вмістом 0,1 моль/дм³ ванадію (в перерахунку на метал) у вигляді цитратного комплексу. Процес проводили в інтервалі густин струму 1–15 А/дм² у стаціонарному режимі та 2–10 А/дм² в імпульсному режимі, при різному співвідношенні часу імпульсу до часу паузи, в температурному інтервалі 35–40°С та pH = 3–3,5. За результатом рентгенофлуоресцентного аналізу, максимальний вміст ванадію в покритті, отриманому в режимі програмованого електролізу, становить 1,20– 1,45 %, що у десятки разів більше ніж у покритті, осадженому у стаціонарному режимі (вміст ванадію 0,007-0,017 %) в аналогічних умовах, що може бути підтвердженням гіпотези щодо додаткового відновлення ванадію з оксо-аніонів адсорбованими атомами водню, що утворилися на поверхні катоду в період паузи. За результатами аналізу 2D графіков, встановлені оптимальні параметри проведення процесу для отримання покриття кобальт –ванадій з максимальним вмістом ванадію у сплаві та виходом за струмом покриття 80%.The development of functional materials with predictable properties is one of the priority directions in modern research. Obtaining new energy-saving materials for reducing the cost of hydrogen production in an electrochemical way is relevant for the hydrogen energy industry. Such electrode materials should have catalytic activity for the hydrogen evolution reaction. Catalytic properties can be predicted for coating alloys of the iron subgroup metals with vanadium, molybdenum, and tungsten. The aforementioned metals can be co-deposited from aqueous solutions with iron subgroup metal catalysts through the formation of cluster intermetallic compounds with Me-V, Mo, W bond adsorbed on the cathode surface. The induced co-deposition of cobalt with vanadium from the complex citrate electrolyte via stationary and pulse electrolysis modes was investigated in the current work. As a result of the research, it was found that the uniform microcrystalline light-gray high-quality cobalt-vanadium alloy coating is possible to be deposed from a citrate electrolyte with content of 0,1 mol/dm³ vanadium (in terms of metal) as a citrate complex The process was carried out at a current density of 1–15 A/dm² by stationary electrolysis mode and 2–10 A/dm² by pulse electrolysis mode, with a different ratio of pulse time to pause time, at a temperature range of 35–40°С and pH = 3,0–3,5. According to the results of the X-ray fluorescence (XRF) spectrometry, the maximum content of vanadium in the coating obtained via the programmable electrolysis mode is 1.20–1.45%, which is tens of times more than in the coating deposited by the stationary electrolysis mode (vanadium content 0.007-0.017%) under similar conditions. The obtained result may be a confirmation of the hypothesis of vanadium additional reduction from oxo-anions by adsorbed hydrogen atoms that formed on the cathode surface during the pause period. According to the results of the analysis of 2D graphs, the optimal parameters of the process for obtaining a cobalt-vanadium coating with the vanadium maximum content in the alloy and the coating current yield of 80% have been established.